Рубрикатор 

Функциональное и информационное обеспечение моделирования конфликтных ситуаций на автомобильных дорогах

 













Диплом бакалавра

Тема:

Функциональное и информационное обеспечение моделирования конфликтных ситуаций на автомобильных дорогах


Оглавление


Введение

Глава 1. Безопасность движения

.1 Статистические методы

.2 Вероятностные методы

.3 Методы, основанные на анализе режима движения автомобиля на оцениваемом участке

.4 Методы оценки уровня безопасности движения на пересечениях и примыканиях. Метод конфликтных точек

Глава 2. Теоретические основы моделирования

.1 Концептуальная модель компьютерной имитации транспортных потоков на двухполосных автомобильных дорогах

.2 Моделирование свободного движения автомобилей по двухполосным автомобильным дорогам

Глава 3. Функциональная модель

Глава 4. Информационная модель. Описание таблиц

Заключение

Литература и ссылки


Введение


Высокий уровень аварийности на автомобильных дорогах является одной из острейших социально-экономических проблем России. Дорожно-транспортные происшествия (ДТП) приводят к экономическим потерям, равным 2÷3% валового национального продукта. В результате ДТП экономические потери в мире составили свыше 500 млрд. долл. в год. Ежегодные потери от ДТП наносят России ущерб более 1 млрд. долл.

Автомобильным транспортом осуществляется большая часть перевозок по объему. Растущее внимание к автомобильному транспорту обусловливается тем, что промышленное производство, строительство, торговля и другие сферы жизни экономики страны не могут функционировать без его широкого применения. Нормальное функционирование других видов транспорта без автомобильных перевозок невозможно, т. к. перевозки грузов и пассажиров к железнодорожным станциям, аэропортам и водным портам и от них обеспечивается главным образом автомобилями. Это связано с тем, что автомобиль как транспортное средство имеет некоторые важные преимущества перед другими видами транспортных средств, а именно: высокая мобильность, способность доставлять пассажиров и грузы "от двери до двери", относительная простота управления и т.д.

Интенсивное развитие автомобильного транспорта не только способствует удовлетворению растущих потребностей общества в перевозках, но, к сожалению, имеет и негативные последствия. Рост автомобильного парка и объема перевозок при менее интенсивном росте протяженности улично-дорожной сети приводит к увеличению интенсивности движения, что приводит к возникновению транспортных проблем.

Наряду с негативными экологическими (шум, загазованность воздушных бассейнов городов) и экономическими (увеличение времени перевозок в результате снижения скорости движения) последствиями непрерывный рост автомобильного парка приводит к снижению уровня безопасности дорожного движения, к многочисленным человеческим жертвам и материальному ущербу в результате ДТП.

По сравнению с другими сферами деятельности человека дорожное движение характеризуется неизмеримо более высоким уровнем риска для жизни и здоровья человека. Опасность перевозок автомобильным транспортом значительно выше также по сравнению с другими видами транспорта.

Во всем мире ежегодно в результате ДТП погибают около 400 тыс. чел. и около 12 млн. получают ранения.

Огромные потери, которые несет общество от ДТП, выдвигают проблему повышения безопасности дорожного движения в ряд первоочередных социально-экономических задач страны. Как в России, так и во многих странах мира, проводятся многочисленные исследования с целью оценки и обеспечения безопасности дорожного движения и выявления опасных участков автомобильных дорог.

Традиционно на основе определения уровня безопасности движения на автомобильных дорогах лежит сбор статистики и дальнейший анализ данных о ДТП. Однако из-за некоторых существенных недостатков этого метода все чаще применяются и другие методы. Все больше уделяется внимания изучению предаварийных, конфликтных ситуаций. Это связано с тем, что изучение конфликтных ситуаций дает возможность выявить причины ДТП и более эффективно бороться за снижение их числа. Кроме того, конфликтные ситуации встречаются гораздо чаще, чем ДТП, поэтому их удобнее регистрировать и исследовать. При исследовании конфликтных ситуаций возможно применение как традиционных эмпирических методов, так и методов моделирования конфликтных ситуаций на компьютере.

Преимущество моделирования становится очевидным в связи с быстрым развитием новых компьютерных технологий, особенно при использовании современных быстродействующих компьютеров, которые дают возможность на базе имитационных моделей за короткое время переработать большие объемы информации и получить интересующие выходные показатели.

Имитационное моделирование дает возможность проводить управляемые эксперименты с машинным аналогом реального процесса дорожного движения. Это дает возможность проводить управляемые эксперименты с математическими моделями сложной системы водитель - автомобиль - дорога - окружающая среда и при этом на выходе получать практически все интересующие данные, что при исследовании реальной системы крайне затруднительно или вообще невозможно.

Несмотря на то, что к настоящему времени установлены многие закономерности ДТП и причины их возникновения, задача снижения вероятности ДТП остается актуальной и требует новых, современных решений.

Настоящая дипломная работа посвящена разработке функционального и информационного обеспечения моделирования конфликтных ситуаций на автомобильных дорогах.



Глава 1. Безопасность движения


В связи со значительным количеством человеческих жертв и материальным ущербом, вызываемыми ДТП, разработаны различные методы оценки уровня безопасности движения на автомобильных дорогах и городских улицах с целью выявления опасных участков и предупреждения ДТП. Все эти методы условно можно разделить на следующие основные группы:

  • статистические;
  • вероятностные;
  • методы, основанные на анализе режима движения автомобиля на оцениваемом участке;
  • метод конфликтных точек;
  • метод технических транспортных конфликтов (конфликтных ситуаций).
  • 1.1 Статистические методы
  • Оценка уровня безопасности движения на основании статистического учета ДТП осуществляется непосредственно по данным фактической аварийности. Статистические методы стали применяться раньше всех остальных и по сей день являются наиболее распространенными. Уровень безопасности движения обычно оценивают с помощью абсолютных, относительных и удельных показателей аварийности. Абсолютные показатели позволяют оценить опасность участка дороги через общее число ДТП за заданный промежуток времени. При этом опасными считаются те участки, на которых число ДТП за рассматриваемый период превышает определенное число.
  • В разных странах имеются различные критерии опасности участка дороги, с которыми сравниваются фактические значения. В Великобритании участок дороги считается опасным, если на нем за три года произошло одно или более ДТП с ранением людей на отрезке дороги протяженностью 0.16 км (0.1 мили). В графстве Хертфордшир к опасным местам относятся:
  • черные участки (black sites) - отрезки дороги протяженностью 0.3 км, на которых за три года произошло не менее 12 ДТП;
  • черная миля (black mile) - участок дороги протяженностью 1 миля (1.6 км), входящий в число двадцати участков графства, характеризующихся наибольшим числом ДТП;
  • скользкий участок (skid site) - 2 ДТП ежегодно во влажную погоду на участке протяженностью 0.3 км, вызванных скользкостью покрытия;
  • участок, опасный ночью (dark site) - места, где в ночное время происходит большее число ДТП, чем на других участках дорог.
  • В Земле Рейнланд Пфальц (ФРГ) опасным считается тот участок, который соответствует одному из следующих условий:
  • а) длина участка менее 300 м; в течение года на нем произошло 10 ДТП и более разного вида или 4 ДТП и более одного вида;
  • б) длина участка от 300 до 1000 м; в течение года на нем произошло 20 ДТП и более разного вида или 8 ДТП и более одного вида.
  • В Чехии и Словакии на дорогах с интенсивностью движения более 1000 авт./ч (автомагистрали) или на улицах городов с населением более 55 тыс. жителей опасным считают участок протяженностью 100 м, на котором за год зафиксировано 6 и более ДТП, а на дорогах с меньшей интенсивностью движения и в менее населенных городах - 5 ДТП. Километры дороги там относят к категории опасных, если за год на них возникает соответственно 12 или 10 и более ДТП.
  • В Болгарии местом концентрации ДТП считается участок, на котором в течение года произошло 2 и более ДТП, а участком концентрации ДТП - где на каждые 100 м его длины произошло 1 и более ДТП. Местом считается расстояние длиной 100 ¸ 200 м, а участком - расстояние длиной более 200 м.
  • В Югославии участок дороги длиной 0.3 км считают опасным, если число ДТП на нем за год превышает критическое число Nкр:

, (1.1)


где k - коэффициент, соответствующий уровню повторяемости;

Nср- среднегодовой уровень происшествий на рассматриваемом участке дороги.


, (1.2)


где - число всех ДТП на дорожной сети за охватываемый исследованием период (x=1,2,3,…);- длина исследуемой дорожной сети.

В Бельгии к числу опасных относят участки протяженностью до 1 км, на которых в течение года было зарегистрировано не менее 10 ДТП всех видов.

Аналогичные методы выявления опасных участков используются также во многих других странах.

Важным шагом в развитии методов оценки уровня безопасности движения явилось введение понятия показателя тяжести последствий ДТП, предложенное еще в 1938 г. Ф. Рейнгольдом:


U=, (1.3)


где U - показатель тяжести последствий ДТП;

pi - коэффициенты тяжести происшествий каждого типа;

ni - количество происшествий каждого типа.

Показатель тяжести дает возможность привести к единой шкале ДТП, имеющие различные степени тяжести последствий. Позже неоднократно предлагались их уточнения на основе оценок потерь экономики страны от ДТП (табл.1.1) [3].


Таблица 1.1

Коэффициенты тяжести последствий ДТП по данным разных авторов

Вид происшествийКоэффициенты тяжести последствий ДТП по даннымФ. РейнгольдаФ. БитцляП. ФишераСШАматериальный ущерб1111легкое ранение5-2-тяжелое ранение703085смертельный исход1301004023

  • Для условий России установлены следующие значения коэффициентов тяжести:
  • материальный ущерб - 1
  • легкое ранение - 0.4
  • тяжелое ранение - 7
  • тяжелое ранение, вызвавшее инвалидность - 70
  • смертельный исход - 100
  • Абсолютные показатели аварийности на практике используются в основном с целью определения масштабов аварийности, а также для оценки материального ущерба от ДТП. Однако, они неприемлемы для сопоставительного анализа аварийности в различных регионах, из-за различного количества транспортных средств, протяженности дорог и других специфических особенностей сопоставимых регионов или участков дорог, объективно влияющих на аварийность.
  • Для сопоставительного анализа используют такие относительные показатели аварийности, как число ДТП, число погибших или раненых на 1 млн. км пробега автомобилей, на 100 тыс. жителей, на 10 тыс. транспортных средств, на 100 млн. пасс./км и т.д.
  • В России принято участки концентрации ДТП выявить на основании числа ДТП не менее чем за 3¸5 года и коэффициента происшествий [39], измеряемый количеством ДТП на 1 млн. авт. км:

,(1.4)


где Z - количество происшествий в год;

N - среднегодовая суточная интенсивность движения в обоих направлениях движения, авт./сут.;

L - длина участка дороги, км.

На дорогах I-III категории к участкам концентрации ДТП относятся участки дороги, где ДТП составляет 4 и более за последние три года и значение коэффициента происшествий превышает 0.4 ДТП/млн авт.км.

Этот показатель применяется для оценки уровня безопасности движения протяженных и относительно однородных участков дорог. Если участок имеет локальный характер, где условия движения или характеристики покрытия дороги резко отличаются от смежных участков (мосты, перекрестки и т.д.), коэффициент происшествий выражают количеством ДТП на 1 млн. авт.:


,(1.5)


В США и некоторых европейских странах также используются аналогичные показатели относительной аварийности [33]. Для пересечений дорог на одном уровне:



,(1.6)


где R - число участников движения, вовлеченных в ДТП на 1 млн. участников, прошедших через пересечение;

T - количество дней, в течение которых проводился учет числа ДТП;

A - количество участников ДТП, зарегистрированных за Т дней;

Vi - среднесуточная интенсивность движения на i-м подходе к пересечению;

n - число подходов к пересечению.

Для отдельных участков дороги:


, (1.7)

,(1.8)


где Rm - число ДТП за год на 1 км участка дороги;

Rs - число ДТП на 1 млн км суммарного пробега транспортных средств за год по этому отрезку дороги;

V - среднесуточная интенсивность движения на отрезке дороги за год;

L - длина участка дороги.

Для определения состояния аварийности получил распространение метод до и после, который предполагает сравнение состояния аварийности данного участка на основании статистики ДТП до и после проведения мероприятия по повышению уровня безопасности движения.

Удельные показатели аварийности отражают процентную долю одного абсолютного показателя аварийности от другого. Они характеризуют структуру свершившихся ДТП и позволяют сравнить различные участки между собой.

Наиболее часто применяются:

а) удельный вес видов ДТП (столкновение, наезд, опрокидывание и т.д.) от общего количества ДТП;

б) удельный вес ДТП с участием транспортных средств отдельных видов от общего количества ДТП;

в) удельный вес ДТП по причине их возникновения (превышение скорости движения, нарушение правил обгона и т.д.) от общего количества ДТП;

г) удельный вес ДТП по месту их совершения от общего количества ДТП, и др.

Рассмотренные выше методы оценки уровня безопасности движения основаны на учете и обработке статистических данных и имеют ряд общих недостатков, главными из которых являются:

  • необходимость располагать надежными статистическими данными ДТП за достаточно длительный период времени, не менее 3¸5 лет;
  • данные статистики ДТП на участке дороги могут считаться сопоставимыми только в том случае, если за весь рассматриваемый период на дороге не проводились работы, существенно повлиявшие на условия и безопасность движения;
  • отчетные статистические данные о ДТП не отражают целый ряд мелких, не регистрируемых происшествий, а также конфликтных ситуаций, находящихся на грани возникновения ДТП;
  • возможны искажения истинных причин возникновения ДТП из-за недостаточной квалификации либо не заинтересованности лиц, составляющих отчет о ДТП;
  • за рассматриваемый период возможны существенные изменения характеристик транспортного потока (интенсивность и состав движения).
  • 1.2 Вероятностные методы
  • При оценке аварийности вероятностными методами автомобильная дорога рассматривается как сооружение, состоящее из сочетания отдельных участков, каждый из которых имеет различные значения геометрических параметров. Суть этих методов заключается в том, что на основании анализа статистических данных о ДТП выявляется, насколько каждый элемент плана и профиля дороги способствует росту вероятности возникновения ДТП по сравнению с эталонным участком. Если итоговый показатель на каком-либо участке дороги превышает определенную величину, то участок относят к опасным, малоопасным, неопасным и т.д.
  • К вероятностным методам относится метод коэффициентов аварийности. Впервые этот метод стали применять с целью оценки вероятности возникновения ДТП на дорогах ФРГ в 50-х годах при различных поперечных профилях проезжей части:

  • , (1.9)
  • где U0 - коэффициент аварийности на эталонном участке дороги с четырьмя полосами движения, разделительной полосой и укрепленными полосами для стоянок на обочинах (U0=1);
  • U1 - коэффициент, учитывающий число полос движения и наличие укрепленных полос на обочинах (U1=1.0¸3.0);
  • U2 - коэффициент, учитывающий в составе движения велосипедистов, мопедов и пешеходов (U2=1.2¸2.8);
  • U3 - коэффициент, учитывающий ширину проезжей части дороги (U3=1.0¸1.5).
  • Позже аналогичные методы стали применять также в других странах, с более подробным учетом влияния отдельных факторов.
  • В Великобритании, Норвегии, Швеции, США вместо коэффициентов вводились баллы, которые учитывали безопасность движения в зависимости от ширины проезжей части и обочин, видимости дороги, длины и радиуса кривых, наличия пересечений, придорожной застройки и т.д.
  • Так, шведская система оценки включала три группы показателей с предельно возможными значениями суммы баллов:
  • 1) прочность и состояние дорожной одежды - 25
  • 2) условия движения для автомобилей (ширина проезжей части, радиусы кривых в плане, продольные уклоны и их протяженность, обеспечиваемая видимость)-30
  • 3) степень обеспечения безопасности движения - 45
  • Оценка дорог баллами - один из старейших методов, практически вышедший из употребления.
  • В.М. Сиденко и А.А. Рыбальченко предложили «квалиметрический принцип оценки качества дороги», где они пытались учесть большое число факторов, влияющих на безопасность движения. Все влияющие факторы были разделены на три группы: технические, эргономические и экономические.
  • Как в России, так и в некоторых других странах из вероятностных методов наибольшее практическое применение получил метод итогового коэффициента аварийности [3, 39], предложенный в 60-х годах В.Ф. Бабковым. Итоговый коэффициент аварийности Kит представляет собой произведение частных коэффициентов аварийности k1, k2, …, kn, каждый из которых характеризует относительную вероятность возникновения на рассматриваемом участке происшествий под влиянием отдельных элементов плана, продольного и поперечного профилей, придорожной полосы, интенсивности и состава движения по сравнению с эталонными дорожными условиями (прямой горизонтальный участок двухполосной дороги с шириной проезжей части 7.5 м, с укрепленными обочинами и ровным, шероховатым покрытием):
.(1.10)


Наибольшую опасность представляют те участки, у которых итоговый коэффициент аварийности составляет 50¸70.

О.А. Дивочкин установил, что для небольших значений Kит существует достаточно устойчивая корреляционная связь между числом ДТП Y на 1 млн авт.км и значением Kит:


.(1.11)


Однако график этой зависимости (рис 1.1) показывает, что после максимума числа ДТП при Kит=80¸100, аварийность начинает уменьшаться. Так, число происшествий при Kит=40 примерно такое же, что при Kит=250.

В.И. Пуркин и Ю.М. Ситников установили аналогичную зависимость для участков дорог на подходах к мостам:


(1.12)


В МАДИ впервые разработан метод коэффициентов аварийности для оценки уровня безопасности движения на городских улицах. В качестве эталонного участка принимается горизонтальный, прямолинейный участок магистральной улицы с двумя полосами движения в каждом направлении, шириной проезжей части 15.5 м, резервной полосой 3.5 м, шероховатым покрытием и освещением 8 лк. Итоговый коэффициент аварийности для городских улиц определяется аналогично выражению (1.10), однако здесь частные коэффициенты принимают другие значения. Это объясняется тем, что условия уличного движения в городах в значительной степени отличаются от условий движения на загородных дорогах.

Для оценки уровня безопасности движения с учетом влияния погодно-климатических условий и сезонов года А.П. Васильевым предложено пользоваться графиками сезонных коэффициентов аварийности.

Все методы оценки аварийности, относящиеся к данной группе, имеют следующие недостатки:

  • приходится получить произведение большого количества вероятностных показателей, а при таком подходе вероятность ошибки возрастает во много раз;
  • требуется большое количество статистических данных о ДТП на участках дорог с широким диапазоном изменения влияющих факторов для выявления различных частных коэффициентов аварийности, зависящих от этих факторов. Т.к. частные коэффициенты аварийности определяются на основании статистических данных о ДТП, этому методу присущи большинство из недостатков первого метода;

Рис. 1.1 Зависимость между числом дорожно-транспортных происшествий и итоговым коэффициентом аварийности


  • слабо учитывается влияние на аварийность возможных сочетаний смежных элементов плана, продольного и поперечного профилей;
  • не учитывается взаимозависимость отдельных частных коэффициентов аварийности и т.д.
  • К вероятностным относятся также методы, основанные на теории надежности или теории риска, с помощью которых определяют либо вероятность безотказной работы (надежность) системы водитель - автомобиль - дорога - окружающая среда (ВАДС), либо вероятность (риск) возникновения ДТП. Понятие «риск попадания автомобилей в ДТП» (rv) при скорости движения v является качественной инженерной характеристикой опасности геометрического элемента дороги и имеет следующее математическое толкование:

, (1.13)


где nv - число ДТП при скорости v, возникающее по причине несовершенства геометрического элемента дороги; Nv - общее число автомобилей, прошедших по данному участку дороги со скоростью движения v. Наряду со многими безусловными достоинствами этот метод имеет следующие недостатки:

  • трудно определить фактические законы распределения исследуемых показателей;
  • для некоторых параметров, влияющих на риск, закон распределения которых не является нормальным, крайне трудно получить аналитические формулы для определения риска ДТП;
  • вероятностный подход дает разумные практические результаты, но только в тех случаях, когда неопределенность носит «технологический» или «природный» характер. Его применимость к процессам и явлениям, где влияние человеческого фактора существенно, в общем случае проблематична. В данном случае влияние человеческого фактора является весомым, особенно в ситуациях, граничащих с ДТП;
  • риск возникновения ДТП определяется только для автомобилей, которые движутся с постоянной скоростью, без учета ускорения;
  • трудно определить допускаемый риск водителями.
  • 1.3 Методы, основанные на анализе режима движения автомобиля на оцениваемом участке
  • К методам данной группы относится метод коэффициента безопасности. Анализ распределения ДТП показывает, что значительное их количество сосредоточено на сравнительно небольших, локальных участках, которые отличаются от предыдущего участка резким ухудшением дорожных условий. Водители, проезжая такой участок, сталкиваются с необходимостью резкого снижения скорости движения и часто в результате несвоевременных или неадекватных по отношению к дорожной обстановке действий попадают в аварийную ситуацию или в ДТП. В качестве критерия опасности применяется коэффициент безопасности, который представляет собой отношение скорости v, обеспечиваемой опасным участком дороги, к скорости vвх, которая может быть развита в конце предыдущего участка:

.(1.14)


По величине значения коэффициента безопасности определяется степень опасности рассматриваемого участка дороги (табл. 1.2).


Таблица 1.2

Определение степени опасности участка дороги по величине коэффициента безопасности

Характеристики участкаKбезне опасныйболее 0.8Малоопасный0.6¸0.8Опасный0.4¸0.6очень опасныйменее 0.4

  • В проектах новых дорог не допускаются участки, на которых Kбез<0.8.
  • Метод коэффициента безопасности позволяет по эпюре скоростей выявить опасные участки дороги. Однако следующие недостатки ограничивают область применения этого метода:
  • учитывается влияние на безопасность движения только взаимодействия автомобиля с дорожными условиями, и не учитывается влияние транспортного потока;
  • использование метода дает удовлетворительные результаты лишь при малых значениях интенсивности движения, при которых пачкообразная структура транспортного потока отсутствует. Это связано с тем, что скорость движения автомобиля в транспортном потоке главным образом определяют не дорожные условия, а параметры движения лидирующего автомобиля;
  • не учитывается влияние интенсивности торможения на коэффициент безопасности (например, если автомобиль уменьшил скорость движения с 20 м/с до 10 м/с в одних дорожных условиях с замедлением -1 м/с2, а в других - с замедлением -4 м/с2, то в обоих случаях коэффициент безопасности принимает одинаковое значение, хотя возможно, что во втором случае создалась более опасная ситуация, чем в первом);
  • не учитывается влияние начальной скорости на коэффициент безопасности.

В развитие метода коэффициентов безопасности А.Р. Цыгановым были проведены исследования для оценки психофизиологического воздействия на водителя экстренного снижения скорости движения. Результаты исследований показывают наличие тесной корреляционной связи между коэффициентом безопасности, скоростью входа на опасный участок и величиной отрицательного ускорения при торможении с эмоциональной напряженностью водителя. Разработана классификация участков дорог по степени опасности в зависимости от сочетания коэффициента безопасности, начальной скорости и отрицательного продольного ускорения (табл. 1.3). Тем самым частично были устранены некоторые из недостатков, перечисленных выше.

Многочисленные исследования выявили, что более объективным показателем опасности участка дороги является интенсивность изменения скорости движения, поэтому, считается целесообразным использование в качестве критерия безопасности движения шума энергии или шума ускорения:


, (1.15)


где ai - ускорение в i-м створе;ср - среднее значение ускорения на всем рассматриваемом участке;

n - число створов.


Таблица 1.3

Классификация участков дорог по степени опасности в зависимости от сочетания коэффициента безопасности, начальной скорости и отрицательного продольного ускорения

Степень опасности участкаОтрицательное ускорение, м/с2Менее 0,50,5 - 1,51,5 - 2,52,5 - 3,5Начальная скорость движения 60-80 км/чНеопасныйБолее 0,45Более 0,6Более 0,65Более 0,75Опасный0,35-0,450,45-0,600,50-0,650,55-0,75Очень опасныйМенее 0,35Менее 0,45Менее 0,50Менее 0,55Начальная скорость движения 85-100 км/чНеопасныйБолее 0,55Более 0,70Более 0,75Более 0,80Опасный0,45-0,550,55-0,700,6-0,750,65-0,8Очень опасныйМенее 0,45Менее 0,55Менее 0,6Менее 0,65Начальная скорость движения 105-120 км/чНеопасныйБолее 0,75Более 0,8Более 0,85Более 0,85Опасный0,6-0,750,65-0,80,70-0,850,70-0,85Очень опасныйМенее 0,60Менее 0,65Менее 0,70Менее 0,70


Таблица 1.4

Связь между нервно-эмоциональной напряженностью водителей, коэффициентами безопасности и шумом ускорения

Сложность маршрутаКоэффициент безопасностиНервно-эмоциональная напряженность водителейШум ускоренияЛегкий0.8Оптимальная0.75Сложный0.6Повышенная1.0 ÷ 1.2Очень сложный0.4Перегруженная1.4

Было установлено, что при благоприятных условиях движения шум ускорения составляет около 0.2 м/с2. Опасными считаются условия движения, характеризуемые значением шума ускорения 0.45 м/с2 и выше. На основании данных исследований, проведенных В.В. Чвановым и А.А. Алексеевым на долинных участках горных дорог, можно установить связь между нервно-эмоциональной напряженностью водителей, коэффициентами безопасности и «шумом ускорения» (табл. 1.4). Шум ускорения является объективным показателем состояния транспортного потока и безопасности движения лишь на скоростных магистралях безостановочного движения. В условиях городского движения с частыми остановками этот показатель не отражает истинный характер движения, т.к. задержки обуславливают искажение величины шума ускорений. Шум энергии менее подвержен влиянию скорости движения, чем шум ускорения, поэтому, шум энергии более объективно отражает сложные условия городского движения. По мнению В.В. Зырянова более перспективным показателем является отношение шума энергии de к скорости сообщения vc. Этот показатель он назвал градиентом энергии:


. (1.16)


1.4 Методы оценки уровня безопасности движения на пересечениях и примыканиях. Метод конфликтных точек


В связи со специфическими особенностями пересечений, многими учеными разработаны методы оценки уровня безопасности движения на пересечениях, примыканиях и транспортных узлах. М.С. Фишельсон предложил метод оценки по взаимному контакту транспортных потоков. Под этим подразумеваются контакты автомобилей на транспортных узлах (конфликтные точки). При помощи таких контактов предлагается оценить сложность транспортного узла, перекрестка:


, (1.17)


где М - показатель сложности транспортного узла;

i - вид конфликта;

ki - коэффициент сложности i-го конфликта;

mi - число конфликтных точек i-го вида.

Предлагается выделять три вида конфликтов: пересечение, слияние, ответвление. Тот транспортный узел, у которого численное значение М больше, считается более опасным.

Недостатком этого метода является то, что он учитывает только количество теоретически возможных контактов, вне зависимости от фактических потоков и их подразделения по типу маневров. Кроме того, метод не учитывает контакты между транспортным средством и пешеходом, а также угол пересечения между конфликтующими направлениями.

Путь более точного определения опасности пересечения указывает метод, предложенный в 1955 г. Г. Раппопортом в ФРГ. Суть этого метода заключается в том, что показатель опасности получается в виде суммы произведений суммарных интенсивностей движения Ni в каждой конфликтной точке на соответствующие коэффициенты ki их тяжести, причем конфликтная точка определяется как точка слияния, ответвления, пересечения траекторий автомобилей:


, (1.18)


где n - число конфликтных точек.

Эта идея была развита в России Е.М. Лобановым, который предложил метод определения вероятного количества ДТП на конфликтных точках при различных углах между направлениями потоков. Метод основан на использовании данных статистики ДТП. Его суть заключается в том, что каждая из конфликтных точек на пересечении представляет тем большую опасность, чем больше интенсивности движения пересекающихся на этой точке транспортных потоков. Вероятное количество ДТП на i-й конфликтной точке на 10 млн. проехавших автомобилей определяется следующим образом:


,(1.19)


где ki - относительная аварийность данной конфликтной точки, ДТП/10 млн. авт.;

Mi, Ni - интенсивности пересекающихся в данной конфликтной точке транспортных потоков, авт./сут.;

kг - коэффициент годовой неравномерности движения по месяцам.

Коэффициент 25 вводится в формулу (1.19) для учета среднего количества рабочих дней в месяц, в течение которых загрузка дорог резко превышает загрузку в выходные дни. Подробные таблицы коэффициентов ki и kг приводятся в нормативной и справочной литературе [26, 39].

Вероятное число ДТП на пересечении в целом равно:


, (1.20)


где n - число конфликтных точек.

Уровень обеспеченности безопасности движения на пересечениях оценивают показателем аварийности:


,(1.21)


где Mсум, Nсум - интенсивности движения на пересекающихся дорогах, авт./сут.

По показателю Kа можно судить об опасности пересечения (табл. 1.5):


Таблица 1.5

Определение степени опасности пересечения по показателю Kа

Степень опасности пересеченияKане опасныйменее 3Малоопасный3¸8Опасный8¸12очень опасныйболее 12

Этот метод по своей сути принадлежит к вероятностным методам, поэтому ему присущи большинство тех недостатков, которые имеют все вероятностные методы.

Вышеуказанные недостатки различных методов оценки уровня безопасности движения вызывают необходимость разработки новых методов, позволяющих более детально учитывать все возможные ситуации, которые возникающие при движении транспортных потоков на автомобильных дорогах и городских улицах. С целью преодоления этих затруднений научно - исследовательской лабораторией фирмы Дженерал моторс в 1967 году был впервые предложен новый метод оценки уровня безопасности движения на дорогах - метод конфликтных ситуаций (КС). Первоначально этот метод применялся главным образом для оценки уровня безопасности движения на пересечениях, однако, после некоторых модификаций, он оказался вполне пригодным и перспективным также для других участков автомобильных дорог.



Глава 2. Теоретические основы моделирования


2.1 Концептуальная модель компьютерной имитации транспортных потоков на двухполосных автомобильных дорогах


Для описания движения автомобилей по автомобильным дорогам, городским улицам и автомагистралям разработаны многочисленные математические модели.

Разработка математической модели транспортного потока или математическое описание его характеристик является одним из важнейших и ответственных этапов при решении задач количественной и качественной оценки функционирования системы ВАДС, поскольку именно на этом этапе решается вопрос, насколько точно будут учтены те характеристики транспортного процесса и количественные связи между ними, которые необходимы для решения конкретных поставленных задач.

Строгого определения понятия сложной системы не существует. Основными отличительными признаками сложных систем являются:

  • наличие большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов;
  • сложность функций, выполняемой системой и направленной на достижение заданной цели функционирования;
  • возможность разбиения системы на подсистемы, цели функционирования которых подчинены общей цели функционирования системы;
  • наличие управления, разветвленной информационной сети и интенсивных потоков информации;
  • наличие взаимодействия с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов.
  • Дорожное движение обладает всеми перечисленными свойствами. Естественно рассматривать его в виде сложной системы и обозначать водитель - автомобиль - дорога - окружающая среда (ВАДС).
  • Совершенствование электронно-вычислительной техники наряду с достижениями теории сложных систем привело к возникновению и успешному развитию нового направления в области исследования сложных систем - машинной имитации. По определению Т. Нейлора, машинная имитация - это численный метод проведения компьютерных экспериментов с математическими моделями, описывающими поведение сложной системы в течение продолжительных периодов времени. Главным преимуществом метода машинной имитации является возможность проведения экспериментов не с реальной системой, а с ее математической моделью, реализованной на компьютере; при этом не существует ограничений по проведению экспериментов с целью изучения любых характеристик движения автомобиля.
  • Членом - корр. АН СССР Н.П. Бусленко и его школой предложена унифицированная абстрактная схема агрегата, которая позволяет единообразно описывать все элементы сложной системы (дискретные, непрерывные, детерминистические, стохастические).
  • Общий принцип работы предлагаемой имитационной модели соответствует теории имитационного моделирования транспортных потоков. Здесь для моделирования сложной системы ВАДС используется схема кусочно-непрерывного агрегата, с математической точки зрения представляющий собой условный марковский процесс с кусочно-непрерывными траекториями в пространстве переменной размерности. Конкретная реализация имитационной модели в виде микроописания отдельных блоков, а также полностью отлаженного программного комплекса, предназначенного для оценки степени опасности дорожного движения, пропускной способности, потерь времени, других характеристик транспортного потока на заданном участке дороги осуществлена другим автором на базе языков программирования FORTRAN и Visual C++.
  • Агрегат характеризуется множествами моментов времени Т, состояний в каждый момент времени Z, входных X и выходных Y сигналов. Состояние агрегата в момент tÎT обозначается z(t)ÎZ, входные и выходные сигналы соответственно - x(t)ÎX, и y(t)ÎY.
  • Состояние агрегата в момент (t+0) обозначим z(t+0). Предполагается, что из состояния z(t) в состояние z(t+0) агрегат приходит за малый интервал времени. Переход агрегата из состояния z(t1) в z(t2), t2 > t1, определяется динамическими свойствами самого агрегата и входными сигналами.
  • Во множестве состояний Z выделяется такое подмножество Z(W), что если в момент t z(t) достигает Z(W), то агрегат скачкообразно изменяет свое состояние. Пусть эти изменения описываются оператором W:
  • z(t+0)=W[t, z(t)].(2.1)
  • В случае воздействия входного сигнала xn поведение модели описывается оператором V. Тогда состояние z(tn+0), где tn - момент поступления в агрегат входного сигнала xn, tnÎ T,
  • z(tn+0)=V[tn, z(tn), x(tn)].(2.2)
  • Если интервал (tn, tn+1) не содержит ни одного момента поступления сигналов, то для tnÎ(tn, tn+1] состояние агрегата определяется оператором
  • z(t)=U[t, tn, z(tn+0)].(2.3)
  • Совокупность операторов W, V и U рассматривается как оператор переходов агрегата в новое состояние.
  • Во множестве состояний Z выделяется подмножество Z(Y) (Z(W) и Z(Y) могут пересекаться) такое, что если z(t*) достигает Z(Y), то выдается выходной сигнал, который определяется оператором выходов
  • y=G[t*, z(t*)].(2.4)
  • Упорядоченная совокупность рассмотренных множеств T, X, Z, Z(W), Z(Y) ,Y и случайных операторов W, V, U, G полностью задает агрегат как динамическую систему.
  • Определенного рода упорядоченная совокупность конечного числа агрегатов называется агрегативной системой.
  • Агрегативные системы в качестве математической модели транспортных потоков в России использовались, начиная с 1980-х годов, в исследованиях В.В. Сильянова, В.М. Еремина, В.Г. Крбашяна, Р.С. Картанбаева, М.С. Талаева, А.И. Должикова, О.И. Тонконоженкова, С.П. Крысина и других. В этих исследованиях рассмотрены различные проблемы проектирования автомобильных дорог и безопасности дорожного движения.
  • Объектом данного исследования является дорожное движение на различных фрагментах сети двухполосных автомобильных дорог. Вся сеть дорог представлена в виде графа, который состоит из узлов и ребер. Узлами являются перекрестки (примыкания) вместе с подходами к нему. Длина каждого из подходов определяется расстоянием влияния перекрестка и составляет 150-200 м. Ребрами являются двухполосные перегоны. Математической моделью каждого элемента графа, т.е. узла или ребра является кусочно-непрерывный агрегат. Очевидно, что если входные и выходные контакты соответствующих агрегатов соединить каналами связи, то можно получить агрегативную систему, которая соответствует любому заданному подмножеству дорожной сети. При этом количество моделируемых элементов дорожной сети ограничивается только техническими параметрами применяемой вычислительной техники (оперативная память, быстродействие и т.д.). Таким образом, моделируемая система ВАДС состоит из двух типов агрегатов: «Узел» и «Ребро».
  • Ниже, если особо не будет оговорено, будем рассматривать наиболее общий случай кусочно-непрерывного агрегата «Узел» - перекресток с четырьмя подходами (рис. 2.1).
  • Продольные оси всех подходов к перекрестку пересекаются в точке О. Углы между ними a1, a2, a3, a4, могут принимать любые значения, в соответствии с конфигурацией конкретного перекрестка. Обычно a1=a3, и a2=a4.
  • Выберем неподвижную прямоугольную систему координат ХОУ с центром в точке О. Пусть координатная ось ОХ направлена вдоль продольной оси одного из подходов к перекрестку (1-й подход). Весь перекресток разбит на 9 подсистем:
  • L = 1, 3, 5, 7 - полосы движения, подходящие к перекрестку;
  • L = 2, 4, 6, 8 - полосы движения, отходящие от перекрестка;
  • L = 9 - перекресток.
  • Каждая из полос движения L=1÷8 в свою очередь может быть разбита на несколько участков, которые отличаются друг от друга геометрическими параметрами и/или средствами организации движения (элементарный участок). Перекресток (L=9) состоит из 12 элементарных участков (рис. 2.2). Под элементарным участком на перекрестке понимается участок полосы движения, соединяющий конец каждого из четырех нечетных полос движения с началом каждой из четных полос движения (кроме сопряженной четной полосы движения).
  • Множество моментов времени Т агрегата задается вектором ti,j, где i - номер автомобиля (способ нумерации автомобилей описан ниже); j - номер ситуации, при наступлении которого состояние агрегата скачкообразно меняется. Размерность вектора Т во многом определяет скорость проведения имитационного эксперимента. В модели предусмотрено 30 ситуаций, а также одновременное присутствие в системе 1500 автомобилей.

Рис. 2.1 Схема моделируемого нерегулируемого перекрестка

в)г)

  • Рис. 2.2 Нумерация элементарных участков на перекрестке

Состояние агрегата Z описывается постоянными параметрами системы и переменными координатами. К постоянным относятся:

  • 1. Параметры каждого элементарного участка дороги, которые задаются в виде трехмерного вектора Rl,p,j, где l - номер полосы движения; p - номер параметра (p=1÷26); j - номер элементарного участка на l - й полосе движения (для перекрестка (l=9) p может принимать значения 1÷12);. Перечислим все параметры, которыми задается каждый элементарный участок:
  • Rl,1,j - длина элементарного участка дороги по продольной оси;
  • Rl,2,j - расстояние видимости до встречного автомобиля в плане;
  • Rl,3,j - расстояние видимости до встречного автомобиля в продольном профиле;
  • Rl,4,j - коэффициент сцепления шины с поверхностью дороги;
  • Rl,5,j - продольный уклон участка дороги;
  • Rl,6,j - поперечный уклон участка дороги;
  • Rl,7,j - ширина проезжей части;
  • Rl,8,j - ширина обочины;
  • Rl,9,j - радиус кривизны в плане;
  • Rl,10,j - радиус вертикальной кривой в плане;
  • Rl,11,j - координата начала продольной оси участка дороги по оси OX;
  • Rl,12,j - координата начала продольной оси участка дороги по оси OY;
  • Rl,13,j- направление полосы движения:
  • если участок дороги прямолинейный, то Rl,13,j = 1 в том случае, если направление движения автомобиля в системе координат ХОУ составляет от -90º до 90º, иначе - Rl,13,j = -1;
  • если участок дороги не прямолинейный, то Rl,13,j=1 в случае правого поворота и Rl,13,j=-1 в случае левого поворота.
  • Rl,14,j, Rl,15,j , Rl,16,j - параметры уравнения продольной оси участка дороги в аналитическом виде;
  • Rl,17,j - ограничение скорости движения легковых автомобилей;
  • Rl,18,j - ограничение скорости движения средних грузовых автомобилей;
  • Rl,19,j - ограничение скорости движения тяжелых грузовых автомобилей;
  • Rl,20,j - ограничение скорости движения автобусов;
  • Rl,21,j - ровность дорожного покрытия (ТХК-2);
  • Rl,22,j - ровность дорожного покрытия (ПКРС-2);
  • Rl,23,j - обгон запрещен (1 - да; 0 - нет);
  • Rl,24,j - обгон грузовым автомобилям запрещен (1 - да; 0 - нет);
  • Rl,25,j - коэффициент сопротивления качению при скорости движения автомобиля 20 км/ч;
  • Rl,26,j - угловой коэффициент скорости движения для определения коэффициента сопротивления качению.
  • 2. Объекты окружающей среды, ограничивающие видимость (дома, ограждения и т.д.), задаются координатами крайних точек этих объектов А1, А2, А3, , Аn и описываются вектором A i,n. i принимает значения 1 и 2: A1,n - координаты точки Аn по оси ОХ, а A2,n - по оси ОУ.
  • 3. Транспортные потоки задаются следующими векторами:
  • а) интенсивность Nl в начале полосы движения l (l=1, 3, 5, 7);
  • б) распределение интенсивности Fl,j. на полосе движения l по направлениям дальнейшего движения j (j=1 - налево; j=2 - прямо; j =3 - направо), в %;
  • в) состав потока на каждой полосе движения. Транспортный поток в модели состоит из свыше 20 наиболее типичных отечественных и зарубежных марок автомобилей, которые сгруппированы по 4 типам:
  • легковые;
  • средние грузовые;
  • тяжелые грузовые;
  • автобусы.
  • Состав движения задается в виде массива Cl,m, где l - номер полосы движения; m - индекс марки автомобиля.
  • 4. Тягово-динамические и технико-эксплуатационные характеристики автомобилей всех марок задаются в виде вектора Нm,p, где m - индекс марки автомобиля; p - номер характеристики автомобиля:
  • Нm,k (k=1÷5) - передаточное число k-й передачи коробки перемен передач (КПП) автомобиля;
  • Нm,6, Нm,7 - передаточные числа главной передачи;
  • Нm,8 - передаточное число делителя КПП;
  • Нm,9 - габаритная длина автомобиля;
  • Нm,10 - габаритная ширина автомобиля;
  • Нm,11 - габаритная высота автомобиля;
  • Нm,12 - база;
  • Нm,13 - колея;
  • Нm,14 - передний свес;
  • Нm,15 - расстояние от переднего бампера до глаз водителя по продольной оси;
  • Нm,16 - коэффициент обтекаемости;
  • Нm,17 - собственная масса;
  • Нm,18 - нагрузка на переднюю ось;
  • Нm,19 - нагрузка на заднюю ось;
  • Нm,20 - полная масса;
  • Нm,21 - нагрузка на переднюю ось при полной массе;
  • Нm,22 - нагрузка на заднюю ось при полной массе;
  • Нm,23, Нm,24 - параметры для определения коэффициента учета вращаюшихся масс;
  • Нm,25 - максимальный крутящий момент двигателя;
  • Нm,26 - угловая скорость коленчатого вала, соответствующая максимальному крутящему моменту;
  • Нm,27 - максимальная мощность двигателя;
  • Нm,28 - угловая скорость коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности двигателя;
  • Нm,29 - время срабатывания тормозного привода;
  • Нm,30 - время запаздывания тормозного привода и времени нарастания замедления (при торможении);
  • Нm,31 - передаточное число рулевого механизма;
  • Нm,32 - коэффициент полезного действия трансмиссии;
  • Нm,33 - коэффициент коррекции двигателя;
  • Нm,34 - свободный радиус колеса автомобиля;
  • Нm,35 - динамический радиус колеса;
  • Нm,36 - радиус поворота по следу внешнего переднего колеса;
  • Нm,37 - радиус поворота по следу внешней, габаритной точки.
  • 5. Вектором Wm,i задается закон распределения коэффициента использования грузоподъемности (загрузки) автомобилей, где m - индекс марки автомобиля, i - номер интервала в диапазоне изменения загрузки 0÷1, на котором задается закон распределения.
  • К переменным координатам состояния агрегата относятся:
  • 1. Вектор Kl, (l=1÷9) задающий количество автомобилей на полосе движения l и на перекрестке в текущий момент времени.
  • Каждому автомобилю в момент формирования на полосе движения l присваивается номер kl,который в дальнейшем может измениться. Нумерация автомобилей производится исходя из следующих правил:
  • а) один и тот же автомобиль в каждый момент времени может находиться только на одной из восьми полос движения, или на перекрестке;
  • б) два разных автомобиля одновременно не могут иметь одинаковый номер; компьютерный безопасность автомобильный дорога
  • в) если ki и kj - номера автомобилей, находящихся соответственно на полосах движения i и j, то ki > kj, если i > j, и ki < kj, если i < j;
  • г) K min i ? ki ? K max i,
  • где K min i и K max i - соответственно минимальное и максимальное значения номера автомобиля, находящегося на полосе движения i;
  • д) номер автомобиля, находящегося дальше по продольной оси от начала полосы движения меньше, чем номер автомобиля, находящегося ближе. На перекрестке меньший номер имеет тот автомобиль, который въезжал на перекресток раньше;
  • е) если существует автомобиль под номером ki > K min i , то существует автомобиль под номером ki, для которого верно неравенство Kmin i ? ki < ki.
  • 2. Векторы - координаты всех моделируемых автомобилей Pp,k и Qp,k, где p - номер координаты (p=1÷36), k - номер автомобиля.
  • а) Pp,k принимают вещественные значения:
  • P1,k - пройденный путь;
  • P2,k - координата автомобиля по продольной оси дороги;
  • P3,k - расстояние автомобиля от продольной оси в поперечном направлении (принимает положительное значение, если автомобиль расположен левее от продольной оси и отрицательные значения, если правее);
  • P4,k - скорость движения;
  • P5,k - тангенциальное ускорение;
  • P6,k - нормальное ускорение;
  • P7,k - время, прошедшее с момента формирования автомобиля;
  • P8,k - курсовой угол автомобиля в системе координат ХОУ (рис. 2.1);
  • P9,k - угол наклона;
  • P10,k - крен автомобиля;
  • P11,k - угол поворота управляемых колес;
  • P12,k - угловая скорость поворота рулевого колеса;
  • P13,k - угловая скорость поворота управляемых колес;
  • P14,k, P15,k - координаты автомобиля, соответственно по оси OX и OY;
  • P16,k, P17,k - скорость движения, соответственно по оси OX и OY;
  • P18,k, P19,k - ускорение автомобиля, соответственно по оси OX и OY;
  • P20,k - а) угол поворота управляемых колес, при котором водитель прекращает вращение рулевого колеса в процессе поворота, если P13,k ? 0;
  • б) курсовой угол автомобиля, при котором автомобиль прекращает круговое движение, если P13,k = 0 и P11,k ? 0;
  • в) не определен, если P13,k = 0 и P11,k = 0.
  • P21,k - угол поворота управляемых колес, при котором водитель прекращает поворот рулевого колеса на 1-ом и 7-ом этапе маневра обгона (или на 1-ом этапе перестроения);
  • P22,k - то же самое, но на 4-ом и 10-ом этапе обгона (рис. 2.11);
  • P23,k - угловая скорость поворота управляемых колес при обгоне;
  • P24,k - длина прямолинейного участка на 3-м и 9-ом этапе обгона;
  • P25,k - тип водителя по скорости свободного движения;
  • P26,k - время реакции водителя на изменение режима движения лидера;
  • P27,k - время реакции водителя при появлении помехи на перекрестке;
  • P28,k - время, оставшееся до истечения времени реакции водителя на изменение режима движения лидера;
  • P29,k - то же самое, но после наступления другого события;
  • P30,k - коэффициент использования грузоподъемности;
  • P31,k - угловая скорость поворота управляемых колес на 3-м этапе поворота;
  • P32,k - P36,k - резерв (используются для решения конкретных задач, в зависимости от которых могут означать дополнительные характеристики автомобиля k).
  • Под координатами автомобиля понимаются координаты середины задней оси автомобиля.
  • б) Qp,k (p=1÷30) принимают целые значения:
  • Q1,k - номер элементарного участка дороги или перекрестка, на котором находится автомобиль в данный момент времени;
  • Q2,k - индекс, указывающий марку автомобиля;
  • Q3,k - индекс, указывающий тип автомобиля;
  • Q4,k - индекс состояния в процессе обгона (1 - обгоняющий, 0 - обычный, -1 - обгоняемый);
  • Q5,k - количество обгоняемых автомобилей, находящихся впереди;
  • Q6,k - номер автомобиля в пачке;
  • Q7,k - номер передачи КПП;
  • Q8,k - направление дальнейшего движения после перекрестка (-1 - налево, 0 - прямо, 1 - направо);
  • Q9,k - индекс состояния сигналов поворота (-1 - включен сигнал левого поворота; 0 - выключен, 1 - включен сигнал правого поворот);
  • Q10,k - индекс состояния стоп-сигналов (1 - включены, 0 - выключены);
  • Q11,k - индекс следования за лидером (0 - свободное движение; 1 - меж ду dвл и dmax; 2 - между dmax и dсл; 3 - между dсл и dmin; 4 - ближе, чем dmin; 5 - столкновение) (см. п. 2.3, ситуации 1¸4);
  • Q12,k - номер ближайшего встречного автомобиля;
  • Q13,k - номер ближайшего встречного автомобиля, который находится в зоне видимости;
  • Q14,k - номер автомобиля - лидера, за которым следует данный автомобиль;
  • Q15,k - номер этапа в процессе поворота (всего 3 этапа);
  • Q16,k - номер этапа в процессе обгона (всего 11 этапов);
  • Q17,k - индекс приоритетов (1 - помеха справа, -1 - помеха слева, 0 - помехи отсутствуют);
  • Q18,k - тип водителя по реакции на ограничение скорости движения (1 - нарушает правила дорожного движения (ПДД), 0 - не нарушает ПДД);
  • Q19,k - тип водителя по реакции на дорожный знак «Обгон запрещен» (1 - нарушает требования дорожного знака; 0- не нарушает);
  • Q20,k - тип водителя по дистанции следования (1 - «осторожный», 0 - «обычный», -1 «рискованный»);
  • Q21,k - тип водителя по оценке обстановки около перекрестка (0 - изменение скорости движения заранее до безопасной величины, 1 - изменение скорости движения только при появлении в зоне видимости помехи справа);
  • Q22,k - тип водителя по включению сигналов поворота (0 - включает, 1 - не включает);
  • Q23,k - номер ситуации, после наступления которого, водитель принял решение изменить режим движения;
  • Q24,k - а) номер полосы движения, куда попадет автомобиль после перекрестка, если автомобиль находится на перекрестке;
  • б) номер элементарного участка перекрестка, если автомобиль находится на нечетной полосе движения;
  • в) не определен, если автомобиль находится на четной полосе движения (если моделируется дорожная сеть, то Q24,k - номер элементарного участка следующего перекрестка);
  • Q25,k - индекс наличия встречного автомобиля на своей полосе движения (0 - отсутствует; 1 - присутствует).
  • Q26,k - Q30,k - резерв (используется для решения конкретных задач).
  • 3. Векторами

    и задается приоритет проезда через перекресток:

  • показывает количество помех справа у автомобиля под номером Kmin l +k на полосе движения l;

  • показывает количество помех слева у автомобиля под номером Kmin l +k на полосе движения l;

    • 4. Векторами

    и задаются номера всех автомобилей - помех справа и слева у автомобиля под номером Kmin l+k на полосе движения l, где i=1,…,, j=1,…, .

    . Вектором el задается количество еще не формировавшихся автомобилей, ожидающих для появления в начале полосы движения l.

В зависимости от необходимого объема выходной информации задается время моделирования tмод, которое в дальнейшем по мере работы модели уменьшается до нуля. Вместо истечения времени моделирования предусмотрены также другие правила остановки модели: прохождение через заданный участок дороги определенного количества автомобилей; накопление определенного количества статистической информации и т.д.

С начала работы модели задается период разогрева tраз. В течение времени tраз система выходные сигналы не выдает. Необходимость ввода времени разогрева вызвано тем, что в момент начала работы модели на моделируемом фрагменте дорожной сети автомобили отсутствуют. Для того чтобы транспортные потоки принимали те параметры, которые были введены в качестве исходных данных, необходим некоторый промежуток времени, за которое самый медленный автомобиль проедет через самый длинный (продолжительный по времени) маршрут на рассматриваемой дорожной сети. Только после этого можно считать, что модель «разогрелась».


2.2 Моделирование свободного движения автомобилей по двухполосным автомобильным дорогам


В транспортном потоке каждый автомобиль движется либо под влиянием со стороны других участников движения, либо в отсутствии их влияния. Движение автомобиля будем называть свободным, если ни один из участников дорожного движения не оказывает влияния на движение этого автомобиля, а также на мнение водителя о дорожно-транспортной обстановке, в результате изменения которого он мог бы изменить режим движения своего автомобиля. Скорость движения такого автомобиля будем называть скоростью свободного движения на данном участке дороги.

Основанием для моделирования свободного движения автомобиля явились:

  1. Уравнения теории эксплуатационных свойств автомобиля:

а) тягово-скоростные и тормозные свойства автомобиля;

б) уравнения криволинейного движения и устойчивости автомобиля.

  1. Натурные наблюдения за параметрами движения автомобилей на двухполосных дорогах.

Математическая модель свободного движения автомобиля имеет следующую концептуальную основу:

  1. Мера воздействия на органы управления автомобиля, а также мнение водителя о ДТС могут измениться только при наступлении одного из ситуаций, перечисленных ниже.
  2. На каждом участке дороги водитель стремится поддерживать оптимальную с его точки зрения (базовую) скорость движения, которая зависит от цели и дальности поездки, вида перевозимого груза (количества пассажиров), состояния здоровья и степени утомления водителя и других факторов. Базовая скорость в модели задается случайным законом распределения, полученным в результате натурных наблюдений.
  3. Если базовая скорость движения автомобиля на следующем участке дороги отличается от базовой скорости на текущем участке, то водитель заранее изменяет скорость движения автомобиля таким образом, чтобы к моменту въезда на новый участок скорость движения достигла величины базовой скорости на новом участке.
  4. Водитель может через органы управления автомобиля воздействовать на параметры движения следующими способами:

а) изменить скорость движения и ускорение нажатием на педаль тормоза или акселератора (выдвижением рейки);

б) изменить передаточное число КПП, что позволяет изменить диапазон значений скорости движения автомобиля;

в) изменить направление движения автомобиля, вращением рулевого колеса.

Кроме перечисленных действий водитель может включить стоп-сигналы (нажатием педали тормоза) или сигналы поворота, что может служить причиной изменения режима движения других автомобилей.

С точки зрения обеспечения базовой скорости движения автомобиля в конкретных дорожных условиях могут возникнуть следующие характерные обстоятельства:

  1. возможность водителя увеличить скорость движения автомобиля до базовой скорости ограничена тягово-динамическими характеристиками автомобиля;
  2. возможность водителя уменьшить скорость движения автомобиля в режиме торможения (экстренное торможение) ограничена коэффициентом сцепления шины с дорогой и/или тормозными характеристиками автомобиля;
  3. возможность водителя изменить скорость движения автомобиля до базовой скорости не ограничено ни тягово-динамическими или тормозными характеристиками автомобиля, ни сцепными качествами поверхности дороги.

Рассмотрим подробнее, каким образом моделируется движение автомобиля в перечисленных выше случаях.

В первом случае движение автомобиля моделируется на основе известных в теории автомобиля дифференциальных уравнений, полученными на основе уравнения силового баланса автомобиля:


Pт = Pп + Pк + Pв + Pи, (2.5)


где Pт - тяговая сила при установившейся скорости автомобиля;

Pп - сила сопротивления подъему;

Pк - сила сопротивления качению;

Pв - сила сопротивления воздуху;

Pи - сила сопротивления разгону (приведенная сила инерции).

Существуют различные зависимости, аппроксимирующие внешние характеристики двигателя. В рассматриваемой модели дифференциальные уравнения движения автомобиля получены на основе аппроксимации внешней характеристики двигателя, приведенной в работе [25]:


; (2.6)

, (2.7)

где Ne, Nmax - соответственно, мощность и максимальная мощность двигателя, квт;

Mk - крутящий момент двигателя, Нм;

MkN - крутящий момент двигателя, при максимальной мощности, Нм;

a, b, c - постоянные коэффициенты для данного двигателя;

n - угловая скорость коленчатого вала двигателя, об/мин;

nN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности двигателя, об/мин.

После замены всех членов уравнения (2.5) на соответствующие значения и некоторых преобразований получается:


, (2.8)

; (2.9)

;(2.10)

;(2.11)

;(2 12)


Где ma - масса автомобиля, кг;

m0 - масса автомобиля, с номинальной нагрузкой, кг;

uk i- передаточное число коробки передач;

v - скорость движения автомобиля, м/с;

hтр- коэффициент полезного действия трансмиссии;

kp - коэффициент коррекции двигателя;

- номинальная скорость движения автомобиля при i-й передаче, м/c;

Ga- сила тяжести, действующий на автомобиль, Н;

kf - параметр учета влияния скорости движения на коэффициент сопротивления качению колеса;

W - фактор обтекаемости автомобиля, кг/м;

f0 - коэффициент сопротивления качению при малой скорости движения;

? - продольный уклон дороги.

Уравнение (2.8) определяет ускорение автомобиля в зависимости от скорости движения. Для рассматриваемой имитационной модели зависимости вида ускорение - скорость, путь разгона - скорость и т. д. непригодны, поскольку при пересчете векторов-координат автомобилей через интервал времени tmin (см. блок 12 на рис 2.16) возникает необходимость определения этих параметров в зависимости от времени.

С целью определения зависимости скорости движения от времени при полной подаче топлива можно проинтегрировать выражение (2.8). Пусть начальным условием будет v = v0 при t=0. Тогда после интегрирования получим:


.(2.13)


Проинтегрируем (2.13) еще раз, при начальных условиях t=0 и s=s0. Получим:


,(2.14)


где v0 - начальная скорость движения автомобиля;

s0 - начальное положение автомобиля;

v1 и v2 - корни уравнения .

Для того чтобы получить зависимость a = a(t) нужно найти производную выражения (2. 13) по времени. Получим:

.(2.15)


Выражения (2.13) - (2.15) позволяют пересчитать параметры движения автомобиля через произвольный промежуток времени tmin, в условиях ограничения параметров движения тягово-динамическими характеристиками автомобиля.

Во втором случае моделирование движения автомобиля осуществляется при следующих допущениях:

  • силы реакции Rx достигают максимального значения одновременно для всех колес;
  • коэффициенты сцепления jx всех колес с дорогой, а следовательно, и ускорение автомобиля jз остаются неизменными за весь период установившегося замедления.

При таких допущениях процесс торможения может быть описан тормозной диаграммой jз= j(t) (рис. 2.3) [25]. Весь процесс торможения с момента обнаружения опасности до полной остановки автомобиля состоит из следующих этапов:

  1. время реакции водителя tрв;
  2. время запаздывания tз;
  3. время нарастания тормозного усилия tн;
  4. время установившегося замедления tуст;
  5. время растормаживания tр.

В случае торможения при полном использовании сил сцепления (экстренное торможение) jуст зависит только от коэффициента сцепления шин с дорогой и продольного уклона дороги, а значение ускорения можно считать постоянным:


.(2.16)


На горизонтальном участке можно считать


.(2.17)


Скорость движения и пройденный путь автомобиля в произвольный момент времени t легко определяются интегрированием выражений (2.16) и (2.17):


, (2.18)

(2.19)


Рис. 2.3 Тормозная диаграмма автомобиля


И, наконец, в третьем случае водитель имеет возможность придавать автомобилю тот режим движения, который по его мнению является наиболее безопасным и целесообразным в сложившейся дорожно-транспортной ситуации. В этом случае значение ускорения находится в интервале


jуст < a < amax, (2. 20)


и определяется водителем.

С целью упрощения расчетов предполагается, что в таком режиме автомобиль движется равноускоренно до следующего особого состояния. Скорость движения и пройденный путь автомобиля через промежуток времени t в таком случае определяются следующим образом:


,(2. 21)

.(2. 22)


Теперь рассмотрим движение автомобиля в условиях изменения направления движения.

В модели предусмотрены следующие виды траекторий движения автомобилей:

  • прямолинейное движение;
  • круговое движение (угол поворота управляемых колес не изменяется);
  • криволинейное движение при постоянной угловой скорости поворота управляемых колес;
  • Маневрирование автомобилей (обгоны, перестраивания по полосам движения, повороты и т.д.) являются опасными, но в то же время неотъемлемыми элементами движения автомобилей. С изменением направления движения автомобилей связаны многочисленные конфликтные ситуации и ДТП, поскольку такие маневры, часто совершаемые внезапно для других участников дорожного движения, создают возмущения в транспортном потоке. Несмотря на это, в существующих имитационных моделях дорожного движения различных отечественных и зарубежных исследователей упрощенно описываются движение автомобиля и траектории отдельных его точек при изменении направления движения. Часто положение автомобиля на дороге задается только продольной координатой; при этом подразумевается, что в поперечном направлении автомобиль не движется, а изменение полосы движения при обгонах или маневрах перестроения происходит скачкообразно. В тех моделях, где учитывается поперечное движение, в лучшем случае движение автомобиля рассматривается как плоскопараллельное движение, при котором продольная ось автомобиля остается параллельной относительно продольной оси дороги. Такое упрощение оправдано при решении некоторых задач, таких, как определение скорости сообщения, определение пропускной способности участка дороги, при решении проблем экологии и т. д., потому что значительно упрощает модель и уменьшает объем расчетов. Однако при решении задач оценки уровня безопасности движения такое упрощение не оправдано.
  • Криволинейное движение автомобиля в рассматриваемой имитационной модели определяется:
  • координатами расчетной точки автомобиля относительно неподвижной системе координат;
  • курсовым углом движения автомобиля;
  • углом поворота управляемых колес автомобиля;
  • угловой скоростью поворота управляемых колес.
  • Расчетной точкой, относительно которого производятся все расчеты по определению координат автомобиля, в модели принята середина задней оси автомобиля. В таком случае уравнения, определяющие координаты имеют наименее громоздкий вид.
  • В модели движение автомобиля рассматривается как чередование прямолинейного движения, кругового движения и криволинейного движения переменного радиуса. Первые два достаточно хорошо описываются сравнительно простыми аналитическими выражениями. Рассмотрим подробней криволинейное движение (рис. 2.4). В дальнейшем будем принимать следующие допущения:
  • углы поворота обоих управляемых колес автомобиля равны между собой;
  • у колес автомобиля отсутствует боковой увод;
  • угловая скорость поворота управляемых колес постоянна;
  • расчетная точка автомобиля движется с постоянным ускорением;
  • автомобиль движется на плоскости (плоское движение);
  • отсутствует буксование колес;
  • крен автомобиля не влияет на траекторию.
  • Для оценки уровня безопасности движения первые два допущения мало значимы. Если в процессе движения значение угловой скорости поворота управляемых колес либо ускорение расчетной точки автомобиля существенно изменяется, то траектория автомобиля разбивается
  • на несколько участков, на каждом из которых значения указанных величин принимается постоянными.

  • Рис. 2.4 Схема криволинейного движения автомобиля
  • Таким образом, в пределах приемлемой точности вышеуказанные допущения значительно упрощают расчеты.
  • В работах приводятся уравнения, которые позволяют определить траекторию движения автомобиля. Так, в работе приведены следующие формулы, определяющие курсовой угол и координаты движения середины задней оси автомобиля:
,(2.23)

, (2.24)

, (2.25)


где xв, yв - координаты середины задней оси автомобиля;

C1 и C2 - постоянные, определяемые начальными условиями;

q - угол поворота управляемых колес автомобиля;

vo - скорость движения автомобиля;

wk - угловая скорость поворота управляемых колес автомобиля;

L0 - база автомобиля;

kp - режимный параметр, характеризующий режим криволинейного движения:


.(2.26)


Аналогичные формулы, но относительно движения центра масс автомобиля приведены в работе:


,(2.27)

,(2.28)

,(2.29)


где xц.м., yц.м. - координаты центра масс автомобиля;

C1, C2, C3 - постоянные, определяемые начальными условиями;

va - скорость движения автомобиля;

vy- скорость бокового смещения центра масс автомобиля;

wa - угловая скорость продольной оси автомобиля в горизонтальной плоскости.

Траектории точек автомобиля, находящихся на продольной оси, могут быть заданы зависимостью ее кривизны от времени. Однако, моделирование криволинейного движения автомобиля в неподвижной системе координат через xв, и yв, а также угла g гораздо удобнее.

В уравнениях (2.23) - (2.26) скорость движения автомобиля предполагается постоянной величиной. В реальном процессе движения автомобиля в транспортном потоке часто сочетаются криволинейное движение с изменением скорости движения. Это происходит, в частности, в следующих ситуациях:

  • перед остановкой автомобиль одновременно уменьшает скорость движения и криволинейным движением приближается к правой кромке проезжей части;
  • после трогания с места автомобиль увеличивает скорость движения и по криволинейной траектории приближается к середине полосы движения;
  • во время обгона, особенно в первой фазе обгона с ожиданием, автомобиль меняет полосу движения и одновременно увеличивает скорость движения;
  • на перекрестках, после запрещающего сигнала светофора, или после пропуска помехи справа, поворачивающие автомобили двигаются криволинейно и с ускорением и т.д.

Сочетание криволинейного движения с изменением скорости движения является потенциальным источником конфликтных ситуаций, т.к. оно часто заставляет других участников движения изменить режим движения. Криволинейное движение автомобиля обязательно необходимо моделировать с учетом ускорения.

Уравнения, приведенные в разных исследованиях для определения траектории криволинейного движения, чаще всего выражают параметры движения автомобиля в виде дифференциальных уравнений или интегралов. Как правило, подынтегральные выражения имеют сложный аналитический вид и в явном виде не интегрируются. Поэтому, либо такие уравнения решаются численными, приближенными методами с применением компьютеров, либо траектория движения строится графическим или графоаналитическим методом. При решении многих конкретных задач эти методы оказываются целесообразными, особенно первый из них, при помощи которого можно рассчитать траекторию движения практически с любой точностью. Однако это достигается за счет больших затрат машинного времени счета. В течение имитационных экспериментов на задаваемом участке дороги одновременно могут находиться сотни автомобилей, каждый из которых совершает различные маневры, в том числе и криволинейное движение с ускорением. При использовании итерационных методов с целью расчета траектории движения большие затраты машинного времени неизбежны. Это резко замедляет работу имитационной модели в реальном масштабе времени. Поэтому здесь более целесообразным представляется разложение подынтегральных выражений в степенной ряд с требуемой точностью. Далее, после интегрирования полученных многочленов можно получить искомые параметры криволинейного движения в аналитическом виде.

Пусть автомобиль движется с постоянным ускорением a. Тогда выражение (2.23) принимает следующий вид:


.(2.30)


Разложим в степенной ряд подынтегральное выражение, содержащееся в правой части (2.30) и возьмем столько членов, сколько требуется для обеспечения необходимой точности. Обозначим


и .


Тогда (2.30) можно переписать в следующем виде:


.(2.31)


Приближенные аналитические решения уравнений (2.24) и (2.25) также будем искать, разлагая в степенной ряд функции f(q)=cos(g(q)) и g(q)=sin(g (q)), где курсовой угол g определяется из выражения (2.31). Производные от упомянутых функций первых нескольких порядков приведены в табл. 2.1.

Пусть в начале криволинейного движения курсовой угол автомобиля g0=0. Тогда:


,


или


(2.32)

,

или


(2.33)


Теперь можно определить траекторию движения точки B автомобиля (рис. 2.4). Выражения (2.24) и (2.32) позволяют после интегрирования (2.24) получить


(2.34)


Аналогично, из выражений (2.25) и (2.33) после интегрирования (2.25) можно получить


(2.35)


Выражения (2.34) и (2.35) вполне приемлемы для расчета траектории движения автомобиля, если за время криволинейного движения курсовой угол автомобиля изменяется не более чем на 90°. В реальных дорожных условиях такое изменение практически никогда не превышает


Таблица 2.1

Производные от функций f(?) и g(?) первых нескольких порядков

Порядок производной nf(n)(?), при ?=0g(n)(?), при ?=001010020-B302?D4-3?B2-2?B520?B?D8?D6-30?B2-40?D215?B3-16?B7308?B?D-210?B2?D+96?D8105?B4-588?B2-896?D2420?B3-272?B+1120?B?D29-2520?B3?D+8160?B?D-8064?B2?D-2240?D3+2176?D106300?B4-18960?B2+25200?B2?D2-31104?D2-945?B5+16380?B3-7936?B+57120?B?D2

Таблица 2.2

Значения функций f(?) и g(?), описывающие процесс поворота автомобиля ГАЗ-24 при v0=10 м/с, wk=0,05 рад/с, L0=2,8 м, 45°.

?, град?(?), по формуле (2.23), градf(?), по формуле (2.23)f(?), по формуле (2.32)g(?), по формуле (2.23)g(?), по формуле (2.33)0.000.01.0000001.0000000.0000000.0000003.005.10.9960130.9960130.0892040.0892046.0020.50.9366910.9366910.3501580.3501589.0046.20.6919550.6919590.7219400.72194112.0082.40.1322100.1322420.9912220.99123815.00129.2-0.632668-0.6373300.7744230.77395118.00187.0-0.992555-1.131632-0.121794-0.156958

В табл. 2.2 приведены значения функций f(q) и g(q), которые описывают процесс поворота автомобиля ГАЗ-24 при v0=10 м/с, wk=0,05 рад/с, L0=2,8 м. Вычисления проводились с одной стороны с применением выражения (2.23), а с другой стороны - выражений (2.32) и (2.33). При g<90° расхождения в значениях функций не превышает 0,1%, что вполне обеспечивает требуемую точность вычислений.

Координаты любой другой точки E автомобиля (рис. 2.4), находящейся от точки B на расстояниях a и b, соответственно по продольной и поперечной оси автомобиля, можно определить следующим образом:


;(2.36)

.(2.37)


Рассмотрим, каким образом происходит процесс поворота в имитационной модели в режиме свободного движения. До начала криволинейного движения водитель уменьшает скорость движения до значения базовой скорости свободного движения vсв на участке поворота. С такой скоростью он завершает поворот, а после поворота при необходимости опять увеличивает скорость движения. Значение скорости движения vсв определяется на основе натурных наблюдений.

Модель процесса поворота представляет собой последовательность трех этапов (рис. 2.5):

  1. водитель с постоянной угловой скоростью wр1 вращает рулевое колесо по/против направления часовой стрелки, при правом/левом повороте. Управляемые колеса совершают поворот с угловой скоростью wk1. Автомобиль совершает криволинейное движение. Радиус кривизны траектории движения уменьшается от +¥ до Rп (участок E1);
  2. водитель держит рулевое колесо в неподвижном состоянии. Автомобиль двигается по круговой траектории с постоянным радиусом поворота Rп относительно центра поворота С. Этот этап в процессе поворота может отсутствовать (участок E2);
  3. водитель вращает рулевое колесо в обратном направлении с постоянной угловой скоростью wр2. Управляемые колеса поворачиваются с угловой скоростью wk2. Автомобиль снова движется по криволинейной траектории. Радиус кривизны траектории движения увеличивается от Rп до +¥ (участок E3).

Первая часть неравенства (2.38) объясняется стремлением водителя удержать автомобиль на своей полосе движения. При < S0min водитель не в состоянии предотвратить выезд автомобиля за пределы своей полосы движения, если ускорение не изменять (если ускорение изменится, то S0min тоже изменится).


E3 O ? E2 S 0 min R = ¥ S0 R =Rп S 0 max E1 C R = ¥Рис. 2.5 Схема к описанию модели процесса поворота автомобиля


Вторая часть неравенства объясняется тем, что, если в начале поворота > S0max, и в дальнейшем водитель не изменит параметры движения автомобиля (wk и a), то автомобиль либо выедет за пределы проезжей части дороги, либо пересечет биссектрису OC угла ? под острым углом, т.е. в дальнейшем опять-таки выедет за пределы полосы движения. Поэтому, для предотвращения этого, водитель вынужден приближаться к повороту до тех пор, пока не выполнится второе условие неравенства (2.38) и только после этого начинать поворот.

Водитель начинает поворот на некотором расстоянии до центра O перекрестка. является случайной величиной. При принятых выше ограничениях значение величины находится в пределах:


S0min < < S0max(2.38)


Угловая скорость поворота управляемых колес wk, которая определяется как отношение угловой скорости поворота рулевого колеса wр на передаточное число рулевого механизма, рассматривается как случайная величина и определяется следующим образом:

  1. определяется минимальное значение wkmin угловой скорости поворота управляемых колес, при котором автомобиль в процессе поворота не выедет за пределы полосы движения с противоположной стороны от центра поворота С (рис. 2.6а);
  2. определяется максимальное значение wkmax угловой скорости поворота управляемых колес, при котором автомобиль в процессе поворота не выедет за пределы полосы движения со стороны центра поворота (рис. 2.6б);
  3. определяются значения wр min и wр max угловой скорости поворота рулевого колеса, соответствующие значениям wkmin и wkmax;
  4. между значениями wр min и wр max генератором случайных чисел по заранее заданному закону распределения разыгрывается случайное число wk, которое и является значением угловой скорости поворота управляемых колес на первом этапе поворота.

а)б)

Рис. 2.6 Схема к вычислению угловой скорости поворота управляемых колес автомобиля в процессе поворота

Закон распределения случайной величины wk, определяется в результате натурных наблюдений (см. п. 3.2, рис. 3.12). На третьем этапе значение угловой скорости поворота управляемых колес wk определяется аналогично.



Глава 3. Функциональная модель


Функциональная модель разрабатывается с помощью такого мощного CASE средства, как BPWin.

На рис. 3 показана основная контекстная диаграмма IDEF0, модель (TO-BE), а на рис. 3.1 показана эта же диаграмма, но модель (AS-IS).


Рис. 3

Рис. 3.1

Декомпозиция диаграммы на рис. 3.1 изображена на рис. 3.2.


Рис 3.2


Декомпозиция контекстной диаграммы изображена на рис.3.2.


Рис. 3.2

Декомпозируя первый функциональный блок диаграммы второго уровня, мы получаем дочернюю диаграмму, которая показана на рис.3.3


Рис. 3.3


Таким же образом мы получаем декомпозицию третьего функционального блока диаграммы второго уровня, она изображена на рис. 3.4.


Рис. 3.4

Декомпозируя четвертый функциональный блок диаграммы второго уровня мы получим дочернюю диаграмму, которая показана на рис.3.5.


Рис. 3.5



Глава 4. Информационная модель. Описание таблиц


Физическая модель, то есть представление базы данных для конкретной СУБД с учётом её системы типов данных изображена на рис.4:


Рис. 4


Логическая модель, описание семантики (смысла) предметной области, то есть смысл, который мы вкладываем в поля базы данных показана на рис.4.1:


Рис. 4.1

Описание таблиц:

Таблица Roads (дороги):

RoadID - идентификатор таблицы (первичный ключ), по которому идет логическая связь с другими таблицами, тип данных - int (целое число).

RegionID - идентификатор таблицы (вторичный ключ), по которому идет логическая связь с таблицей Regions (Регионы), тип данных - int (целое число).

Width1 - количество полос туда, тип данных- int (целое число).

Width2 - количество полос обратно, тип данных - int (целое число).

Ks - коэффициент сцепления, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Pu - продольный уклон дороги, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Start - начало дороги, тип данных - int (целое число).

Finish - конец дороги, тип данных - int (целое число).

Таблица Roads (Дороги) соединена с таблицей Transports (Виды транспорта) связью один ко многим (1 : n).

Таблица Transports (Виды транспорта):

TranspID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), тип данных - int (целое число).RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Speed - средняя скорость транспортного средства, тип данных -float (вещественный, с плавающей точкой).

FluidUsing - расход топлива транспортного средства, тип данных -float (вещественный, с плавающей точкой).

PathTime - время сообщения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица MovingFactor (Факторы движения), которая соединена связью один к одному (1 : 1) с таблицей Roads (Дороги):

MFID - идентификатор таблицы (первичный ключ), тип данных - int (целое число).RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Intensity - интенсивность движения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

MovingStructure - состав движения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Regions (Регионы) соединена с таблицей Roads (Дороги) связью один ко многим (1: n).

RegionID - идентификатор таблицы (первичный ключ), по которому идет логическая связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Name - название региона, тип данных - char (255) (символьный).

Population - население региона, тип данных - bigint (целое число).

Таблица Roads (Дороги) соединена с таблицей TonnelsAndBridges (Тоннели и Мосты) связью один ко многим (1 : n), в которую входят:

TonelID - идентификатор таблицы (первичный ключ), тип данных - int (целое число).

RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Length - длина моста или тоннеля, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Неight - высота моста или глубина тоннеля, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Roads (Дороги) связью многие ко многим (n: n):

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

x - координата x, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

y - координата y, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

z - координата z, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Objects (Объекты окружения) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

ObjID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

OTID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей ObjectTypes (Виды объектов), тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

X - координата x, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Y - координата y, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Name - название региона, тип данных - char (255) (символьный).

FlowDef - прирост транспортного потока, тип данных - int (целое число).

Таблица ObjectTypes (Виды объектов) соединена с таблицей Objects (Объекты окружения) связью один ко многим (1: n):

OTID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

ObjectType - тип объекта, тип данных - char (255) (символьный).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Rotates (Повороты) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

RotID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

Radius - радиус поворота, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Surface (Рельеф) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

SurfID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).



Заключение


В рамках данной работы были рассмотрены следующие вопросы:

Безопасность движения, а также различные методы оценки уровня безопасности движения на автомобильных дорогах и городских улицах, такие как:

  • статистические;
  • вероятностные;
  • методы, основанные на анализе режима движения автомобиля на оцениваемом участке;
  • метод конфликтных точек;
  • метод технических транспортных конфликтов (конфликтных ситуаций).

- Теоретические основы моделирования движения автомобилей на двухполосных автомобильных дорогах, конкретно:

концептуальная модель компьютерной имитации транспортных потоков на двухполосных автомобильных дорогах.

моделирование свободного движения автомобилей по двухполосным автомобильным дорогам.

Функциональное обеспечение моделирования

Информационное обеспечение моделирования


Литература и ссылки


1.Бадалян А.М., Еремин В.М., Компьютерное моделирование конфликтных ситуаций для оценки уровня безопасности движения на двухполосных автомобильных дорогах. Научная монография.

2.Карпович Е.Е., Федоров Н.В., Автоматизированное проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий. Часть 1. Структурный подход к проектированию информационных систем. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2007 - 157 с.

.Карпович Е.Е., Федоров Н.В., Автоматизированное проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий. Часть 2. Современные CASE-технологии. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2007 - 134 с.


Диплом бакалавра Тема: Функциональное и информационное обеспечение моделирования конфликтных ситуаций на а

Больше работ по теме:

Электронные библиотеки как информационные ресурсы
Диплом
Cоздание автоматизированной системы управления торгового предприятия
Диплом
Автоматизация процесса исследования функций одной и двух переменных с помощью математического пакета MathCAD
Диплом
Автоматизация системы учета заказов на предприятии
Диплом
Автоматизация процесса управления продажами с помощью приложения 1С "Торговля и Склад"
Диплом

Предмет: Информационное обеспечение, программирование

Тип работы: Диплом

найти  

ПОИСК

Новости образования

Российский государственный социальный университет реорганизует сеть своих филиалов
22 Июля 2016 16:26
Более 70 представителей крупных вузов АСЕАН подтвердили участие в форуме во Владивостоке
22 Июля 2016 12:51
Абызов: публикация первичных статсведений снизит бюрократическую нагрузку на школы
22 Июля 2016 11:53
В Чечне свыше 200 школьников сдали ЕГЭ с результатом свыше 90 баллов - министр
22 Июля 2016 05:36
Замглавы Минобрнауки РФ: задача сократить число людей с высшим образованием не стоит
21 Июля 2016 20:19

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ