авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности организации движения на основе моделирования транспортных потоков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кущенко Сергей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ

НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Орел - 2012

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» на кафедре «Организация и безопасность движения»

Научный руководитель: Шутов Александр Иванович

доктор технических наук, профессор кафедры

«Организация и безопасность движения»

Белгородского государственного технологиче-

ского университета им. В.Г.Шухова

Официальные оппоненты: Родионов Юрий Владимирович

доктор технических наук, профессор

декан Автомобильно-дорожного института

Пензенского государственного университета

архитектуры и строительства

Агеев Евгений Викторович

кандидат технических наук, доцент кафедры

«Автомобилей, транспортных систем и процессов»

Юго-западного государственного университета

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тульский государственный

технический университет»

Защита состоится 23 мая 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.182.07 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

Госуниверситета - УНПК

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес диссертационного совета: 302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д. 29.

Автореферат разослан 12 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Севостьянов А.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост автомобильного парка и увеличение объема перевозок приводит к увеличению интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в тех пунктах улично-дорожной сети (УДС), где есть пересечение крупных транспортных магистралей. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств, а также ухудшается экологическая ситуация данного участка дороги.

На сегодняшний день существует ряд методик прогнозирования снижения эффективности УДС, а так же ряд моделей для выведения ситуации из критической и повышения скорости и пропускной способности на УДС городов. Однако последние методики связаны либо с теорией массового обслуживания либо с имитацией потоков жидкости. Теория массового обслуживания крайне сложна и требует огромного количество входных данных, а они очень быстро меняются, и переработка схемы УДС, режимов регулирования зачастую не успевает за прогрессом. Теории же основанные на истечении жидкостей устарели с преобразованием автопарка в скоростные и динамичные автомобили. Жидкости двигаются слоями и чем ближе к краям трубы (проезжей части) тем медленнее, – сегодня это не так. Назревшая транспортная проблема требует поиска принципиально новых подходов.

Изложенное выше подтверждает, что тема диссертационного исследования является актуальной и направлена на решение научно-практической задачи, имеющей большое значение для транспортного комплекса страны.

Цель работы - повышение эффективности организации дорожного движения на основе математического моделирования движения транспортных потоков.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи:

  1. Установление факторов, влияющих на организацию движения на улично-дорожной сети городов.
  2. Проведение анализа дорожного движения в городах, выявление факторов, определяющих основные показатели организации дорожного движения.
  3. Анализ общей концепции изучения организации дорожного движения автомобильного транспорта.
  4. Определение параметров транспортного потока для описания транспортной ситуации на улично-дорожной сети городов.
  5. Разработка математической модели для определения основных параметров автомобильного транспортного потока улично-дорожной сети городов с помощью аналогии электрическим законам.
  6. Разработка мероприятий и рекомендаций по формированию сети парковок города.
  7. Проведение апробации методики на улично-дорожной сети города Белгорода. Выяснение степени экономической целесообразности внедрения результатов исследования.

Объект исследования - дорожное движение автомобилей и процессы взаимодействия автомобильного транспорта с техническими средствами организации дорожного движения, стоянками.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В диссертационной работе проведен анализ исследований отечественных и зарубежных ученых по проблемам организации дорожного движения в различных городах мира. Произведено математическое моделирование автомобильных транспортных потоков. Инструментами исследования послужили основные положения электромоделирования, теории планирования экспериментов, методы графического анализа.

Научная новизна исследования состоит в развитии теоретических подходов по организации дорожного движения и устройству автомобильных стоянок, влияющих на загрузку улично-дорожной сети, экологическую обстановку, экономическую составляющую дорожного движения в целом

На защиту выносятся наиболее значимые результаты диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:

  • теоретико-аналитические результаты определения основных параметров автомобильных транспортных потоков;
  • концепция организации дорожного движения на улично-дорожной сети;
  • математическая модель определения автомобильных транспортных потоков с использованием электрических законов;
  • экономико-математическое обоснование оценки эффективности разработанных подходов к решению задачи повышения эффективности функционирования транспортных систем.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации теоретические положения, научно-методические подходы, методики и модели являются научной основой и одним из способов разработки мероприятий по повышению эффективности организации дорожного движения и рекомендуются использовать как в строящихся городах, так и в городах с исторически сложившейся застройкой, Результаты работы позволят повысить пропускную способность дорог, скорость движения, а соответственно уменьшить затраты на перевозки, улучшить экологическую обстановку городов.

Отличие научных результатов от других работ по данному направлению заключается в разработке новых принципов моделирования автомобильных транспортных потоков и автомобильных стоянок, учитывающих не только основные характеристики транспортных потоков, но и свойства дорожного полотна, технических средств организации дорожного движения и рекомендовано использовать в улично-дорожных сетях транспортного комплекса.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях и семинарах: V-й международной научно-практической конференции «Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России» (Пенза, ПГУАС, 2008 г.); международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения» (Пермь, 2009); 2-й международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно- совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (Брянск, 2010); 5-й международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2010).

Реализация результатов работы. Теоретические, научно-методические, прикладные и экспериментальные исследования используются Управлением архитектуры и градостроительства Администрации города Белгорода и в учебном процессе Белгородского Государственного Технологического Университета им. В.Г. Шухова.

Личный вклад автора заключается в формировании идеи и цели диссертационной работы, в постановке задач и их решения, в разработке научно-методических и теоретических положений для всех элементов научной новизны исследования, новых методов, моделей и подходов на всех этапах выполнения диссертации - от научного поиска до реализации их в практической деятельности.

Публикации. Основные теоретические положения и научно-практические результаты опубликованы в 10 научных статьях, в том числе 3 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Структура и последовательность изложения результатов диссертационной работы определены целью и задачами исследования. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения, содержит 134 страницы текста, 9 таблиц, 24 рисунка. Библиографический список включает 132 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, ее практическая значимость и дана общая характеристика выполненной работы. Сформулировано направление исследования и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ основных научно-исследовательских работ и нормативно-технической документации по вопросам организации дорожного движения в России и за рубежом. Вопросами исследований этих процессов посвящены работы: Фадеева Д.С., Попова В.Н., Куприянова А.Б., Тарасюк Ю.В., Домке Э.Р., Сильянова В.В., Корчагина В.А., Родионова Ю.В., Клинковштейна Г.И., Бондаренко Е.В., Севостьянова А.Л, Семенова В.В. и др.

Проведенный анализ выявил комплекс факторов, влияющих на организацию дорожного движения. На основании проведенного анализа сформирована цель исследования, исходя из которой поставлены задачи научных исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям поиска аналогии параметров транспортного потока основным электрическим показателям и установление их связей для дальнейшего решения отдельных задач организации дорожного движения.

Поиск новой концепции организации движения проводился на основе абстрагирования представлений «автомобиль», «улично-дорожная сеть» и др., и, переходя к более общим явлениям материального мира, когда, например, крупный город с его развитой улично-дорожной сетью, дорожными знаками, светофорами, потоками автомобилей и др., представлен неким силовым полем. Согласно сугубо физическим воззрениям силовое поле - часть пространства, в каждой точке которой на помещенную туда материальную точку действует сила, величина и направление которой зависит только от координат и времени ,,,, либо только от координат,,.

Объемное потенциальное поле описывается уравнением Пуассона:

, (1)

где - потенциал рассматриваемого поля в точке с координатами ,,,

а - объемная плотность источника исследуемого поля, например, электрических зарядов или распределенных масс в гравитационном поле и др.

Таким образом, первым признаком того, что поле является потенциальным, служит факт наличия поступательного безвихревого движения материальных частиц (тел). Поступательное движение твердого тела характеризуется тем, что прямая, соединяющая две точки тела перемещается, оставаясь параллельной своему начальному положению (направлению). Если это так, то поток транспортных средств, представленный не в натуральной форме (количество автомобилей), а в форме материального потока может быть признан потенциальным и подчиняющимся фундаментальному уравнению математической физики (1). Однако, прямое решение уравнения (1), во-первых, требует формулировки начальных и граничных условий, а во-вторых, в большинстве практических случаев является невозможным. В этом нет особой необходимости, так как ряд смежных областей физики имеет отработанный математический аппарат и сформулированные базовые законы, привлекая которые можно, воспользовавшись методом аналогий, решать широкий класс задач организации движения моделированием, если найти аналогии соответствующих физических величин.

В научной практике широко используют электротепловые, электродинамические и др. аналогии, когда за основу берется математический аппарат для описания электрических явлений с переносом результатов на аналогии полей. При этом известно, что аналогом электрическому потенциалу является температура в тепловых полях либо гидравлический напор в гидродинамических.

Опыт ряда смежных наук неоднократно доказывает эффективность применения методов моделирования явлений и процессов, которые в сочетании с современной компьютерной техникой дают высокий эффект в техническом и экономическом аспектах.

Разработанный принцип электромоделирования транспортных потоков автомобилей, позволяет решать целый ряд задач организации дорожного движения, до последнего времени недоступных при традиционных подходах.

Главной задачей исследования явилось установление аналогий между основополагающими характеристиками (сила тока, напряжение, сопротивление) и характеристиками транспортного потока. На первом этапе имеется: односторонний транспортный поток на маршруте длиной . Усредненная масса одного автомобиля - , усредненная скорость движения «колонны» - , обгонов и остановок нет. Количество автомобилей в единице объема материального транспортного потока:

,

где - общее количество автомобилей на выбранном маршруте,

- условная площадь поперечного сечения потока.

При выбранных исходных данных плотность материального потока выражено формулой:

, (2)

а его интенсивность (аналог силы тока)

,

отсюда получено выражение:

. или , (3)

Если вернуться к формулировкам, изложенным Г.И. Клинковштейном, то интенсивность определяется по формуле:

,

где - плотность потока (авт/км).

При этом понятна связь интенсивности материального потока и интенсивности потока автомобилей:

.

Важным моментом электромоделирования транспортных потоков является поиск аналога электрическому напряжению. Используя формулировку для электрического напряжения: электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда из одной точки в другую, аналогом электрическому напряжению в дорожной сети должна быть работа по перемещению единичного транспортного средства (автомобиля) массой на расстояние в данных дорожных условиях:

, (4)

где - ускорение свободного падения;

- коэффициент сопротивления качению колеса в данных дорожных условиях, - коэффициент продольного подъема (+), уклона (-) дорожного полотна.

Известно, что главным соотношением в любом электрическом явлении является закон Ома:

,

где - сила тока,

- напряжение,

- сопротивление, причем индекс «э» подчеркивает, что речь идет об электрическом токе. Поскольку аналоги и уже определены, необходимо определить транспортный эквивалент величины .

По формальным признакам:

,

следовательно, с учетом соотношений (2) и (3):

,

т.е.

, (5)

или

,

где - удельное сопротивление движению транспортного потока.

При однорядном движении автомобилей в одном уровне (простая колонна) на участке длиной :

,

а сопротивление движению транспортного потока определяется по формуле:

,

сделав математические преобразования, получено выражение:

.

Данное выражение справедливо: сопротивление движению возрастает с увеличением , и уменьшается с увеличением интенсивности и скорости . Подъемы (уклоны) действуют соответственно.

Таким образом, на основании проведенных исследований составлена таблица научно обоснованной аналогии параметров транспортного (материального) потока и электрического тока (табл. 1).

Таблица 1 - Аналогии параметров транспортного (материального) потока и электрического тока

Электрический ток Транспортный (материальный) поток
- сила тока - интенсивность материального потока:
- напряжение - напряжение материального потока:
- сопротивление - сопротивление движению материального потока:


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.