Введение 5
1 Моделирование транспортных потоков 8
1.1 Актуальность применения математического моделирования 8
1.2 Виды моделей транспортных потоков 11
1.2.1 Гидродинамические модели транспортного потока 11
1.2.2 Модели следования за лидером 11
1.2.3 Клеточные автоматы 14
1.2.4 Менее распространенные виды моделей 16
2 Разработка программного обеспечения 20
2.1 Исходные данные 20
2.2 Непараметрическая оценка 22
2.2.1 Настройка параметров непараметрической модели 27
2.3 Использования метода непараметрического моделирования 28
2.4 Создание программного продукта 29
3 Апробация программы и результат исследования 32
3.1 Апробация программного продукта 32
3.2 Метод расчета новых точек наблюдения 34
Заключение 37
Список используемой литературы 39
Транспортные системы относятся к числу ресурсов, которые необходимы для экономического и социального благополучия, а также безопасности нации. Эффективность любой транспортной системы заключается в ее способности перемещать людей, товары (и информацию) и оборудование (гражданское и военное) из одного места в другое надежным и экономически эффективным способом; гибкость и эффективность транспортной системы в значительной степени способствуют жизнеспособности и конкурентоспособности экономики страны. В случае бедствий, таких поскольку землетрясения, оползни, приближающиеся ураганы, циклоны и цунами, неадекватные транспортные системы могут иметь катастрофические последствия.
В последние годы транспортные системы по всему миру сталкиваются с беспрецедентными проблемами в каждом из трех видов транспортировки товаров, оборудования и людей по суше, воздуху и морю. Многие проблемы, с которыми сталкиваются морские и воздушные виды транспорта, локализованы в терминалах (т. е. в аэропортах или морских портах), хотя нельзя свести к минимуму проблемы, связанные с природными стихиями. С другой стороны, проблемы заторов в наземном виде транспорта распределены по автомагистралям и местным улицам в городских и пригородных районах страны, и не ограничивается только входами или выходами в сети проезжей части.
Заторы, наряду с сопутствующим снижением безопасности дорожного движения, являются наиболее серьезной проблемой, стоящей перед сетью наземного транспорта; это серьезно затрудняет мобильность транспортных средств на существующих сетях автомобильных дорог. Снижение пропускной способности, снижение безопасности, увеличение выбросов и расхода топлива, а также увеличение времени в пути, приводящее к потере производительности, являются некоторыми из сопутствующих вредных последствий заторов. За последнее десятилетие средняя задержка в поездках и Индекс загруженности дорог только в России увеличился на 20%. Ничто не указывает на то, что последствия заторов в других частях мира могут быть иными. Значительные человеческие жертвы, потери топлива и ущерб окружающей среде являются следствием заторов. Кроме того, экономический ущерб от перегруженности из-за связанных с этим потерь производительности в России оценивается в миллиарды рублей в год и разумно ожидать потерь аналогичной величины в Европе, а также сопоставимых потерь в странах Азии и остальном мире. Заторы ухудшаются качество жизни и является одной из главных проблем в городских районах страны.
Решение проблемы повышения мобильности транспортных средств на существующих перегруженных автострадах имеет международный масштаб, поскольку спрос на поездки растет во всем мире с каждым годом. Только США ежегодно тратят на транспортные услуги 1 триллион долларов - значительную долю своего валового внутреннего продукта. Широко распространено мнение, что достижения в области транспортных технологий позволят транспортной системе соответствовать беспрецедентным стандартам эффективности, надежности, своевременности, безопасности и воздействия на окружающую среду и, следовательно, также принесут значительную пользу экономике за счет улучшения эффективность транспортной системы.
Заторы возникают в результате превышения пропускной способности магистрали. Поэтому разумный подход к решению проблемы заторов предполагает сочетание стратегий, которые влияют на спрос на трафик и эксплуатационные возможности без ущерба для безопасности дорожного движения. Одна из стратегий направлена на сокращение спроса на трафик или его распространение в пространстве и времени. Традиционный метод строительства новых дорог или расширения существующих объектов для увеличения эксплуатационной мощности является не только дорогостоящим предложением, особенно в хорошо развитых городских районах, но и вызывает серьезные экологические, политические и социальные/институциональные проблемы. Другая стратегия предусматривает повышение безопасности и эксплуатационных возможностей автомобильных дорог путем сбора и обработки хранимой и оперативной информации за счет использования последних достижений в области электроники, телекоммуникаций, вычислительной техники и технологий обработки информации.
Целью данной работы является разработка программного обеспечения, позволяющего создать "тепловую" карту центра города, визуально отображающую количество проезжающих автомобилей и рассчитывающую местоположение для наиболее выгодного размещения новых камер видеонаблюдения для сбора статистики.
В первой главе рассмотрена роль математического моделирования транспортных путей в современном мире в крупных городах и мегаполисах. Приведен обзор трудов ученых различных стран по созданию, изучению и развитию математических моделей. Были выявлены следующие факторы, говорящие об актуальности выбранной темы:
- компенсация увеличения пропускной способности при развитии сети увеличением спроса и перераспределением его в новых условиях;
- непредсказуемость поведения каждого водителя на дороге;
- влияние случайных факторов.
Были описаны цели и задачи математического моделирования, а также методы моделирования транспортных путей с их характерными особенностями.
Методы математического моделирования с точки зрения математического аппарата, делятся на детерминированные, стохастические, модели-аналоги, статические, динамические, гравитационные и энтропийные модели модель конкурирующих возможностей Страуффера и другие модели.
Во второй главе была получена регрессионная модель с использованием оценки Розенблатта-Парзена, которую можно представить в виде формулы (18) и (19) для многомерного случая входного параметра U. Данная модель позволяет вычислить приблизительную плотность потока на заданном транспортном пути.
Для оценки количества проезжающего транспорта в точках, которые не оборудованы видеокамерами, был использован метод непараметрического моделирования, результат которого представлен формулой 22.
На основе полученной математической модели было создано программного обеспечение, позволяющее в реальном времени получать оценку интенсивности движения.
В третьей главе было выяснено, что для более точной настройки параметров предложенного метода непараметрического моделирования требуется выборка большей мощности.
Для апробации предложенного метода расчета новых точек наблюдения необходимо провести эксперимент.
В ходе данной дипломной работы были изучен методы и способы моделирования транспортных потоков и робастного непараметрического оценивания. Так же было разработано ПО для построения оперативной модели дорожной сети Центрального района г. Красноярск. Был предложен метод расчета нахождения критических точек, наблюдения в которых, улучшит моделирование.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
