Методы компьютерного предсказательного моделирования поведения водителей автотранспортных средств в условиях различных стратегий регулирования потоковНИР

Methods of computer predictive modeling of the behavior of drivers of vehicles in the context of various strategies for regulating traffic flows

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 февраля 2018 г.-31 декабря 2018 г. Методы компьютерного предсказательного моделирования поведения водителей автотранспортных средств в условиях различных стратегий регулирования потоков (этап 1, 2018 год)
Результаты этапа: Формирование компьютерной предсказательной модели отклика транспортных потоков на различные элементы управления и регулирования является важным элементом при выборе оптимальных стратегий организации движения. Поскольку проведение экспериментальных исследований по реакции транспортных потоков на различные воздействия, направленные на управление транспортным комплексом и регулирование потоков, не всегда возможно ввиду пагубных последствий неоптимальных решений, роль предсказательного компьютерного моделирования различных транспортных ситуаций исключительно высока. Оптимальная организация движения и ликвидация заторов способны существенно улучшить качество жизни в мегаполисе. Разработаны компьютерные предсказательные модели управления автотранспортными потоками и воздействия различных стратегий регулирования на динамику транспортных потоков, а именно, получены следующие результаты: • Моделирование перестроений из ряда в ряд с учетом регулировки движения автотранспортного потока при помощи светофора. • Разработка многофракционной модели автотранспортного потока, основанной на разделении фракций по принципу различия мотивации водителей в части перестроений из ряда в ряд. • Разработка вычислительной модели перестроения из ряда в ряд в условиях потоков, состоящих из различных фракций. При этом целевые ориентиры водителей в части направления движения и перестроений из ряда в ряд в рамках модели характеризуются введенными внешними среднеобъемными силами. • Создание вычислительной модели для определения перестроений в рамках континуального описания. Выработка определяющих соотношений для скорости распространения малых возмущений в такой среде в поперечном направлении. Теоретические исследования транспортных потоков были основаны на математическом подходе, разработанном научным коллективом. Модель содержит три нелинейных дифференциальных уравнения в частных производных, одно из которых описывает изменение количества транспортных средств и их распределение по полосам движения на магистрали, а два других описывают динамику изменения режима движения в зависимости от дорожных условий в направлении движения и между соседними полосами соответственно. В работе применяются методы механики сплошных многофазных сред, методы анализа систем дифференциальных уравнений, в частности метод характеристик, а также численные методы решения уравнений в частных производных. С применением теории вязкоупругости разработаны компьютерные предсказательные модели управления автотранспортными потоками и воздействия различных стратегий регулирования на динамику транспортных потоков. Динамика транспортных потоков определяется в большей степени не характеристиками транспортных средств, а реакцией водителей на изменение дорожной ситуации (плотность и относительная скорость перемещения транспортных средств) и регулирующие воздействия (разметку, светофоры и т.п.), что нашло отражение в применении вязкоупругой модели с учетом внешних воздействий, отражающих мотивационные аспекты поведения водителей.
2 1 февраля 2019 г.-31 декабря 2019 г. Методы компьютерного предсказательного моделирования поведения водителей автотранспортных средств в условиях различных стратегий регулирования потоков (этап 2, 2019 год)
Результаты этапа: Конкретной фундаментальной задачей является разработка математической и вычислительной модели, способной описать эффекты организации и самоорганизации плотных транспортных потоков с акцентом на разработку фундаментальных моделей динамики транспортных потоков при наличии управляющих воздействий. С помощью разработанной модели необходимо рассмотреть различные стратегии регулирования движения и провести сравнительный анализ с учетом воздействия на окружающую среду. В рамках решения основной задачи проекта получены следующие результаты: • Разработана методика определения параметров модели с использованием данных экспериментальных наблюдений за транспортными потоками. • Разработана механическая модель баланса боковой силы, действующей со стороны дороги на автомобиль, и опрокидывающей силы при перестроении на большой скорости по многополосной магистрали. Данное балансовое соотношение было использовано в качестве замыкающей модели при ограничении режимов перестроения, что позволило определить неизвестный параметр модели – коэффициент «А» перед градиентом плотности в ортогональном движению направлении, определяющий скорость перестроения транспортных средств в соседние ряды при наличии в них свободного места. • С использованием разработанной модели изучено влияние расширения и сужения дороги на пропускную способность и режим движения (низкоплотный высокоскоростной или высокоплотный низкоскоростной). Показано, что при наличии расширения на одну полосу происходит общее ускорение потока за счет уменьшения его средней плотности при распределении всех транспортных средств по большему количеству полос. При этом величина потока транспорта примерно сохраняется. Если же, впоследствии происходит сужение дороги на ту же величину одной полосы, то возрастание плотности приводит не к возвращению в предыдущее состояние, а к переходы системы в другое устойчивое состояние, характеризуемое тем же средним потоком транспортных средств, но с существенно меньшей скоростью и большей плотностью. Встреча такого сужения вызывает появление волны упаковки в транспортном потоке, которая распространяется против потока, приводит к увеличению плотности потока и падению скорости. Скорость при этом падает не до нуля, т.е. затор не имеет места, а до некоторой малой величины. Такое изменение структуры движения не приводит к уменьшению потока транспортных средств, и следовательно, к изменению пропускной способности дороги. Однако, если рассматривать индивидуально каждое транспортное средство, то для него время в пути существенно изменится в большую сторону. • Изучено влияние плавных примыканий дорог друг к другу на режим движения. Теоретические исследования транспортных потоков были основаны на математическом подходе, разработанном научным коллективом. Модель содержит три нелинейных дифференциальных уравнения в частных производных, одно из которых описывает изменение количества транспортных средств и их распределение по полосам движения на магистрали, а два других описывают динамику изменения режима движения в зависимости от дорожных условий в направлении движения и между соседними полосами соответственно. • С помощью разработанной модели начато изучение различные стратегий регулирования движения с целью проведения сравнительного анализа этих стратегий с учетом воздействия на окружающую среду. Для этого была разработана модель генерации вредных выбросов транспортным потоком и их перемешивания с окружающим воздухом в результате движения транспортного средства. Контроль накопления вредных выбросов особенно необходим в автомобильных тоннелях, где транспортные средства перемещаются в ограниченном объеме при повышенной концентрации токсичных выхлопных газов. В этом случае при одном и том же потоке транспорта через тоннель режим движения оказывается исключительно важен: либо водитель перемещается с большой скоростью в низкоплотном потоке (при малых выбросах токсичных газов), либо он перемещается с малой скоростью при большой плотности окружающих транспортных средств и находится в тоннеле значительно дольше в атмосфере большего количества выбросов окружающих автомобилей. Разработанная математическая модель выброса и эволюции токсичных автомобильных выхлопов удовлетворительно описывает динамику изменения состава воздуха в автомобильных тоннелях. Она позволяет количественно и качественно описать такую важную характеристику, как загазованность воздуха в тоннеле, что может помочь при проектировании вентиляционных систем. Результаты рассмотрения модельных задач показывают, что при наличии тоннелей на автмобильных дорогах, необходима такая организация движения, которая бы не приводила к остановке автомобиля в тоннеле и, затем, троганию его с места, как это происходит при наличии перед тоннелем регулируемого пересечения или светофора. Исследования динамики ухудшения качества воздуха в автомобильных тоннелях в результате накопления выхлопных газов показало, что концентрация загрязнений, определяемая балансом эмиссии их с выхлопными газами и выноса из тоннеля выветривающими потоками воздуха, существенно зависит от режима самоорганизации транспортного потока и способов организации проветривания. Так при организации спутного потока воздуха качество очистки атмосферы тоннеля возрастает, при встречном же направлении воздушного потока в тоннеле, наоборот, уменьшается. При возрастании коэффициента перекрытия тоннеля качество проветривания также возрастает вследствие усиления индуцированного движением автомобилей воздушного потока. Нестационарные режимы движения автотранспорта в тоннелях, характеризуемые остановками и последующим троганием с места ухудшают качество воздуха в тоннелях вследствие увеличения эмиссии токсичных компонентов в выхлопных газах при движении с ускорением и одновременного уменьшения индуцированной скорости выветривания в тоннеле. Поэтому еще на стадии проектирования автомобильных тоннелей необходим учет упомянутых факторов, а также анализ возможной динамики и самоорганизации в них транспортных потоков в зависимости от условий регулирования дорожного движения на входе и выходе из тоннеля и ожидаемой плотности транспортных потоков. В работе применяются методы механики сплошных многофазных сред, методы анализа систем дифференциальных уравнений, в частности метод характеристик, а также численные методы решения уравнений в частных производных.
3 1 февраля 2020 г.-31 декабря 2020 г. Методы компьютерного предсказательного моделирования поведения водителей автотранспортных средств в условиях различных стратегий регулирования потоков (этап 3, 2020 год)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".