ВВЕДЕНИЕ 6
1 ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ РОССИИ 9
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ 10
1.1 Цели и задачи моделирования дорожного движения 11
1.2 Классификация методов исследования дорожного движения 12
2.2.1 Математическое моделирование транспортных потоков 13
2.2.2 Имитационное моделирование транспортных потоков 15
3 МОДЕЛЬ НАГЕЛЯ-ШРЕКЕНБЕРГА 20
4 ПОНЯТИЯ И ВИДЫ ПОТОКОВ 22
5 АЛГОРИТМЫ РАЗБИЕНИЯ КАРТЫ НА ЛИНЕЙНЫЕ УЧАСТКИ 25
5.1 Принятые обозначения 25
5.2 Точки и операции над точками 25
5.3 Определение центров ячеек полос участков дорог 25
5.4 Расположение автомобилей в произвольный момент времени 30
6 АЛГОРИТМЫ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТА 31
6.1 Алгоритм однополосного движения 31
6.2 Алгоритм смены полосы 32
6.3 Алгоритм движения по многополосному участку 32
6.4 Алгоритм задания граничных условий 33
6.5 Алгоритм прохождения регулируемого перекрестка 33
6.6 Общий алгоритм работы программы 35
7 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 37
7.1 Определение требований к программному комплексу 37
7.2 Проектирование интерфейса 37
7.3 Выбор технологий 39
7.3.1 Обоснования выбора языка программирования 39
7.3.2 Обоснования выбора среды программирования 40
8 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 42
8.1 Исходные данные к работе 42
8.2 Обзор аналогов 44
8.2.1 Маllenom Systems «Дорожный менеджер» 44
8.2.2 ИндорСофт «IndorRoad» 48
8.2.2 Демонстрационная имитационная модель «Движения автомобилей по
Димитровградскому шоссе». Модель Димитровой 50
8.3 Формат хранимых данных 54
8.4 Программная реализация комплекса 57
8.5 Анализ и сравнение функционала с разработанным продуктом 60
9 ОТЛАДКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ
В настоящее время, в связи с большой загруженностью городских дорог, проблема пробок является одной из наиболее значимых проблем автомобилистов любого мегаполиса или крупного города. Моделирование стохастических транспортных потоков с возможностью светофорного регулирования не только поможет увеличить пропускную способности перекрестков, но и позволит провести анализ эффективности работы автоматизированных систем управления уличным движением, что может решить некоторые проблемы перепланировки перекрестков, расширение проезжей части улицы. В итоге, это позволит снизить вероятность появление заторов на улицах городов.
Известны два основных направления построения математических моделей движения автотранспорта: макро и микроскопический подходы. При решении данной проблемы была взята за основу микроскопическая модель Нагеля-Шрекенберга. В данной модели поток транспортных средств формируется в виде одномерной решетки. В каждую ячейку решетки может быть помещена частица, которая в данной модели означает машину. Частицы перемещаются из одной ячейки в другую (свободную) в одном направлении [2].
Таким образом, проектирование и создание программного комплекса на основе микроскопической модели Нагеля - Шрекенберга с целью воссоздания модели стохастического потока движения автотранспорта по улицам города, является актуальной задачей на сегодняшний день.
Объектом исследованием является поведение автомобилей в условиях городской среды города Томска.
Предметом исследования служат алгоритмы и модели, позволяющие задать и управлять потоком движения, с целью получения необходимых экспериментальных данных.
Цель данной работы заключается в проектирование и реализации программного комплекса, моделирующего городское дорожное движения, основанного на микроскопической модели Нагеля - Шрекенберга.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- изучение предметной области;
- сбор реальной информации по загруженности перекрестков города, времени и фазам работы светофоров;
- модификация и последующая программная реализация алгоритмов движения автотранспорта по моделируемой проезжей части;
- анализ существующего программного обеспечения;
- выделение процессов и функций программного обеспечения на основе описанной системы;
- разработка программного комплекса моделирования дорожного движения.
Научная новизна исследования заключается в разработке алгоритмов движения транспортных средств с использованием модифицированной модели Нагеля-Шрекенберга.
Теоретическая значимость состоит в том, что разработанные алгоритмы представляет собой вклад в научно-методические разработки для работы с автомобильными потоками, способствующие развитию транспортной инфраструктуры города.
Практическая значимость состоит в возможности применения результатов данной работы различными предприятиями города, чья профессиональная деятельность связана непосредственно с автодорожной сетью города. Программный комплекс будет эффективным организациям для проведения экспериментов с целью выявления пропускной способности участков дорог города, исходя из реальных показателей на данный момент времени. Повышения экономической эффективности, достигаемой за счёт своевременного анализа получения экспериментальных данных, что может повлиять на дальнейший ход реализации проекта.
Основными защищаемыми положениями являются:
1 алгоритмы движения автотранспорта, используемые при реализации;
2 алгоритмы разбиения карты на линейные участки.
В ходе выполнения данной магистерской диссертации были решены поставленные задачи и получены следующие результаты:
1) изучена предметная область;
2) сделана постановка задачи магистерской диссертации;
3) спроектирован программный комплекс с учетом всех предъявляемых требований;
4) написан программный код;
5) проведена отладка и тестирование программного комплекса;
6) разработана документация программного продукта.
Для завершения реализации программного продукта было проведено комплексное тестирование: дополнен иллюстрационный материал, внесены коррективы в интерфейс, устранены незначительные недоработки, предложено решение по увеличению эффективности программного комплекса.
В результате выполнения вышеуказанных задач, была успешно достигнута основная цель работы, а именно: реализован программный комплекс, который соответствует предъявляемым к разработке требованиям в разделе 7.1, обладает интерактивными элементами, интуитивно-понятным интерфейсом, позволяет построить модель движения транспорта. Информация доступна, читабельна, адаптирована. Обеспечена работа программного комплекса без установки дополнительного ПО, запуск может быть осуществлен на любом персональном компьютере, соответствующем требованиям к программному обеспечению, приведенному в разделе 7.1.
В результате проведенных исследований, были разработаны алгоритмы управления потоком автотранспорта в условиях городской среды, на основании которых может быть реализован программный комплекс. Данный комплекс позволит принять решения о перепланировке перекрестков, расширении проезжей части улицы и др., что в итоге уменьшает вероятность появления заторов на улицах городов. Таким образом, была достигнута основная цель - создание программного комплекса моделирования дорожного движения, который был упомянут во введении и, как следствие, цель магистерской диссертации была достигнута в полном объёме.
Пояснительная записка выполнена в соответствии с ОС ТУСУР 01-2013 «Работы студенческие по направлениям подготовки и специальностям технического профиля» [21].
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
