XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

К вопросу о времени ликвидации последствий ДТП

В статье рассмотрен возможный путь решения проблемы пространственного распространения затора от ДТП. Определены наиболее близкие математические модели, на основании которых, возможно определить критические время для ликвидации последствий ДТП.

Ключевые слова: транспортная сеть, затор, математическая модель, ДТП.

Цель работы – описать предпосылки для определения критического времени устранения последствий дорожно-транспортных инцидентов на заданном участке посредством математического моделирования процесса распространения дорожного затора по городским улицам.

Транспортная инфраструктура – важнейшая инфраструктура, обеспечивающая жизнь городов и регионов. Высокие темпы автомобилизации, как одно из наиболее выразительных проявлений технического прогресса в последние годы в нашей стране подняли ряд проблем. Одна из них – потребность современного общества в постоянном увеличении объема транспортного сообщения с высокой надежностью, безопасностью и качеством [1].

Увеличение числа автомобилей, низкая пропускная способность дорог, связанная с узкой шириной трасс, малой полосностью, большим количеством пешеходных и транспортных переходов, отсутствием должного количества парковок (из-за чего автомобили стоят на обочинах, еще больше усугубляя ситуацию), обилием общественного транспорта; низкие темпы развития транспортных логистических сетей приводят к частому образованию транспортных пробок, повышению уровня аварийности, экологическому ущербу, перегрузке отдельных линий и узлов сети.

Затор на дороге, возникший в результате незначительной аварии,  может вызвать более существенный вред, нежели ущерб, нанесенный автомобилям, участвующим в ДТП. Пробки «растекаются» по сети за счет того, что подъезжающие к затору водители разворачиваются на объездные дороги, на которых в свою очередь возникают новые заторы.

Именно проблема образования и распространения затора по транспортной сети характерна для большинства городов и требует изучения для дальнейшего решения.

Для поиска эффективных стратегий управления транспортными потоками в мегаполисе, оптимальных решений по проектированию улично-дорожной сети и организации дорожного движения необходимо учитывать широкий спектр характеристик транспортного потока, закономерности влияния внешних и внутренних факторов на динамические характеристики смешанного транспортного потока.

Решение таких задач невозможно без математического моделирования транспортных сетей. Главная задача математических моделей – определение и прогноз всех параметров функционирования транспортной сети, таких как интенсивность движения на всех элементах сети, объемы перевозок в сети общественного транспорта, средние скорости движения, задержки и потери времени и т.д.

И само по себе математическое моделирование не решает указанную выше проблему, но становится наиболее точным инструментом, с помощью которого можно предсказать скорость и направление распространения уличных заторов, вызванных ДТП или различными ремонтными работами.

Математическая модель загруженности транспортных сетей при ДТП (ДТИ) позволит определить критическое время для устранения последствий до образования заторов на близлежащих улицах и приоритетность направлений и участков для ликвидации.

Таким образом, можно сказать, что моделирование необходимо для принятия решений в силу того, что система обладает следующими свойствами, делающими ее непредсказуемой и трудно просчитываемой:

– подстройка под управление и компенсация увеличения пропускной способности при развитии сети увеличением спроса и перераспределением его в новых условиях;

– непредсказуемость поведения каждого водителя (следование выбранного маршрута и манеры поведения);

– воздействие случайных факторов (ДТП, погода) и флуктуации, связанные с сезоном, праздниками и т.п [2].

Данная разработка имеет практическое значение, так как предлагает оптимальную стратегию поведения, предназначенную  для сокращения временных и материальных затрат, службам ГИБДД и аварийных комиссаров.

Состояние дела в этой области на сегодня таково, что, не смотря на значительный прогресс, полное понимание природы автомобильных пробок еще не достигнуто. Ученые говорят, что они пока находятся ближе к пониманию процессов зарождения Вселенной, чем образования автомобильных заторов.

Своеобразную исследовательскую программу предлагает в своей работе Даганзо: «Я верю, что мы начнем извлекать наибольшую пользу из концентрации внимания на двух основных вопросах. Первый – поведение заторных участков. Второй вопрос посвящен пространственному росту очередей. Экспериментаторы в настоящее время измеряют такие параметры, как «загруженность» (occupancy), скорость и поток и используют эти данные для оценки того, насколько «хороша» модель. Я бы предпочел измерять параметры, которые реально должны предсказывать модели – длина очереди, время проезда транспортного средства между датчиками, и далее, использовать их для выбора модели».

Перспективным направлением является применение нейронных сетей. Например, в работе Neural рассматривается дискретная модель загрузки сети городских дорог, построенная на взаимодействующих цепочках нейронных сетей. Авторы моделируют явление затора как зависимость, связывающую ограничения на входящие и выходящие транспортные потоки, которая может быть выведена из заданных времен перемещения по сети. Ограничения на вход в сеть позволили им получить эффекты обратного распространения заторов (spillback effects) [1].

Для построения математических моделей необходимо формальное описание параметров функционирования транспортной сети [3]. Основа такого описания – транспортный граф, узлы которого соответствуют перекресткам и станциям внеуличного транспорта, дуги – сегментам улиц и линий внеуличного транспорта. Отдельной составляющей транспортного графа является маршрутный граф общественного транспорта. Узлами маршрутного графа являются остановочные пункты, дугами – сегменты маршрутов между остановочными пунктами. С обычными узлами графа узлы-остановки соединены дугами-посадками и дугами-высадками. Для описания распределения потокообразующих объектов необходимо разделить город на некоторое количество условных районов прибытия и отправления (ПО).

Каждый район ПО включается в граф как узел, соединенный с обычными узлами графа специальными дугами-связями. Указываются точки расположения патрулей служб ГИБДД и аварийных комиссаров.

Так, с помощью графического представления и самих математических расчетов максимального времени до критического распространения затора, службы ГИБДД и аварийных комиссаров смогут оперативно и, главное, рационально распределять имеющиеся ресурсы, определять приоритетность ликвидации последствий и реагировать на происшествия с минимальным риском для всей транспортной сети.

Список литературы:

1 В. В. Семенов, «Математическое моделирование динамики транспортных потоков мегаполиса», Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2004, 034, 38 с.

2 В. И. Швецов, «Математическое моделирование транспортных потоков», Автомат. и телемех., 2003, № 11, 3-46 с.

3 Введение в математическое моделирование транспортных потоков: Учебное пособие / Издание 2-е, испр. и доп. Ф.В. Гасников и др. Под ред. А.В. Гасникова. – М.: МЦНМО, 2013. – 428 с.