«ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СЦЕНАРИЕВ ДЛЯ АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ В ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ ( НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ХАБАРОВСКА ) ...»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

На правах рукописи

Маркелов Геннадий Яковлевич

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СЦЕНАРИЕВ ДЛЯ АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ

В ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ

( НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ХАБАРОВСКА )

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (техника и технология) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н. Бурков Сергей Михайлович Хабаровск -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА

1.1. Значение транспортного комплекса для развития экономики страны

1.2. Автомобильный транспорт

1.2.1. Классификация автомобильных перевозок

1.2.2. Условия функционирования автомобильного транспорта

1.2.3. Управление автомобильным транспортом

1.2.4. Нормативно-правовая база функционирования автомобильного транспорта

1.3. Интеллектуальные транспортные системы

1.3.1. Современное состояние интеллектуальных транспортных систем...... 1.3.2. Перспективы развитие интеллектуальных транспортных систем.......... 1.3.3. Принципы оперативного управления в ИТС

1.3.4. Развитие ИТС в России

Выводы

2. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ.......... 2.1. Описание задачи управления транспортными потоками

2.1.1. Описание объекта управления

2.1.2. Множество управлений транспортной сетью

2.1.3. Качество управления

2.2. Предлагаемый подход к решению задачи управления

2.3. Система управления транспортными потоками

2.3.1. Общие принципы создания системы управления транспортными потоками

2.3.2. Описание структуры системы управления

2.3.3. Варианты структурных решений системы управления

2.4. Технические средства системы управления

2.4.1. Средства сбора данных о состоянии транспортной сети

2.4.2. Использование спутниковых навигационно-информационных систем в управлении автомобильным транспортом

2.5. Анализ транспортной сети Хабаровска

Выводы

3. МЕТОД СЦЕНАРИЕВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ТРАНСПОРТНЫМИ

ПОТОКАМИ

3.1. Общие положения

3.2. Общие свойства объекта управления

3.2.1. Основные определения

3.2.2. Задача управления

3.3. Метод сценариев для решения задачи управления

3.3.1. Основные определения

3.3.2. Описание метода

3.3.3. Кластеризация пространства состояний

3.3.4. Качество кластеризации

3.4. Декомпозиция объекта управления

3.4.1. Описание метода

3.4.2. Алгоритм декомпозиции

3.4.3. Управления объектом при декомпозиции

Выводы

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ........... 4.1. Пример использования разработанных методов для управления элементом транспортной сети

4.2. Пример использования разработанных методов для декомпозиции системы и управления на глобальном уровне

4.3. Интеллектуальная система управления дорожно-транспортным комплексом

4.4. Методика формирования и совершенствования ИСУ ДТК города Хабаровска

4.5. Развитие транспортной сети города Хабаровска

4.6. Развитие и интеграция ситуационных центров организации движения транспортных средств

4.7. Центр космических технологий ТОГУ

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Развитие транспортной системы Российской Федерации и, в частности, автомобильного транспорта, делает все более актуальными задачи управления его движением, особенно в условиях городов, где концентрация различных видов автотранспорта особенно высока.

Специфика задач управления транспортной системой города, и одной из ее важных составляющих – транспортными потоками, состоит в разнообразии целей управления (общественный, грузовой, частный автотранспорт), необходимости согласования различных управляющих указаний, поступающих от органов власти и администрации различного уровня и органов управления дорожным движением, учета всевозможных климатических явлений, состояния дорожной сети и т.д. Существенное влияние оказывают также большая размерность объекта управления, работа в режиме реального времени и нестационарность параметров транспортной сети и маршрутов движения автотранспорта.

В связи с этим классическое решение задачи управления транспортными потоками в условиях города с использованием моделей транспортных потоков часто невозможно и нецелесообразно. Поэтому к настоящему времени и на обозримую перспективу актуальными являются решения, связанные с разработкой новых подходов к управлению транспортными потоками, обеспечивающих достаточный уровень качества управления, сочетающих современные технологии сбора и обработки информации и ориентированных на применение в интеллектуальных транспортных системах.

Одним из таких подходов является ситуационное управление, когда в зависимости от складывающихся ситуаций возможно применение многих возможных решений, которые могут быть эффективными при определенных условиях, что позволяет создать методику применения этих решений в рамках одной системы управления.

В диссертационной работе предлагается нетрадиционный подход к решению задач управления транспортными потоками (базовых задач управления транспортной системой), основанный на сокращении пространства состояний объекта управления путем кластеризации множества состояний или декомпозиции объекта управления и применении заранее рассчитанных сценариев управления для каждого кластера или состояния (ситуации).

Предлагаемый подход позволяет значительно сократить вычислительную трудоемкость задач управления, снизить требования к вычислительным ресурсам, и повысить скорость реакции системы управления.

Таким образом, тематика исследований, проведенных в диссертационной работе, и полученные результаты актуальны и имеют важное практическое значение.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методов управления транспортными потоками, позволяющих в реальном времени решать задачи управления большой размерности, разработка принципов построения и конкретных решений для интеллектуальной транспортной системы управления транспортной сетью города.

Объект исследования - транспортная сеть, являющаяся средой, где формируются и существуют транспортные потоки, в связи с чем изменение состояний транспортной сети приводит к изменению характеристик транспортных потоков; предмет исследования – методы и алгоритмы управления транспортной сетью и, соответственно, транспортными потоками в этой сети.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

1. Системный анализ транспортного комплекса, методов и принципов построения и управления (транспортным комплексом), позволивший выделить основных участников процесса управления, особенности управления, перспективные методы и средства управления.

2. Исследование возможностей современных технологий и принципов создания интеллектуальных систем управления транспортной системой, определение специфики управления, в условиях неопределенности, многокритериальности и зависимости от большого числа факторов.

3. Разработка комплексного подхода к решению задач управления, основанного на применении сценариев управления и пошаговой 4. Разработка методов и моделей для сокращения пространства состояний объекта управления путем кластеризации множества состояний и декомпозиции объекта управления.

5. Создание методических рекомендаций по применению разработанных методов и моделей при построении элементов интеллектуальной системы управления автотранспортной системой Хабаровска.

Методы исследований. При проведении исследований и решении поставленных в диссертации задач применялись методы системного анализа, теории управления, теории графов, а также современные методы создания систем управления.

На защиту выносятся:

- результаты анализа современных и перспективных методов и технологий управления транспортными системами, основанных на управлении транспортными потоками;

- комплекс математических моделей для решения задач управления на основе сценариев, разработанных для базовых состояний объекта управления;

математическое обоснование метода кластеризации пространства состояний, позволяющего выделять множества базовых состояний для выработки сценариев;

- результаты анализа метода декомпозиции объекта управления для выделения локальных и глобальных управлений и применения метода сценариев при глобальном управлении взаимодействием между подсистемами объекта;

- результаты практического применения разработанных методов и моделей при создании элементов интеллектуальной системы управления транспортной системой города Хабаровск.

Научная новизна результатов диссертации состоит в применении метода сценариев, как одного из видов ситуационного управления, и пошаговой оптимизации при управлении сложным объектом большой размерности в режиме реального времени и заключается в:

- разработке методики применения сценариев основанной на выделении базовых состояний объекта управления путем декомпозиции пространства состояний или объекта управления;

- формировании, на основе базовых состояний, кластеров, для всех состояний, в составе которых применяются одинаковые сценарии управления, - получении оценок погрешности предложенного метода управления и доказательстве сходимости алгоритмов кластеризации на основе введенных понятий монотонности управлений и метрики пространства состояний.

Следует отметить также предложенный подход к решению задачи управления транспортными потоками через управление транспортной сетью.

Практическая значимость результатов диссертации обусловлена возможностью значительного сокращения вычислительной сложности задач управления за счет использования каталога готовых сценариев для сокращенного пространства базовых состояний объекта управления и применения для их решения более дешевых средств вычислительной техники.

Результаты работы использовались при разработке концепции интеллектуальной системы управления дорожно-транспортным комплексом города Хабаровска, ситуационных центров организации движения транспортных средств г. Хабаровска, подсистемы наблюдения за транспортными потоками центра космических технологий Тихоокеанского государственного университета.

Реализация результатов осуществлена при выполнении муниципальных контрактов с Администрацией города Хабаровска: №81 от 13-08-2012 года «Разработка проекта долгосрочной целевой программы «Развитие уличнодорожной сети города Хабаровска на период 2012-2020 годы и на перспективу до 2025 года»; №34 от 09-04-2013 года «Проведение аналитических исследований, разработка концепции и технического задания на проектирование «Интеллектуальной системы управления дорожно-транспортным комплексом».

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертации основаны на соответствии предложенных методов и моделей реальным целям управления и процессам, происходящим в транспортной системе, возможностям средств управления транспортными потоками, а также согласованностью с известными результатами других авторов, опубликованными в печати по данному направлению исследований.

Работа является результатом систематизации и обобщения исследований, проведенных автором в период с 2008 года по настоящее время. При этом основные результаты получены в ходе выполнения работ по Программам «Инновационного развития ТОГУ» (2011-2012 гг.), «Стратегического развития ТОГУ» (2012-2014 гг.).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на четвертой межрегиональной научно-практической конференции «Автомобильный транспорт Дальнего Востока» (Хабаровск, 2008 г.), ХVIII международной научно-практической конференции «Социально-экономические проблемы развития и функционирования транспортных систем городов и зон их влияния».

(Екатеринбург, 2012 г.), V международной конференции «Геоинформационные технологии и космический мониторинг» (Ростов-на-Дону, 2012 г.), Х международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах. Инновации: Ресурс и возможности» (СанктПетербург, 2012 г.), региональной научно-практической конференции «Дальний Восток: проблемы развития строительного и дорожно-транспортного комплекса»

(Хабаровск, 2012 г.), всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления»

Хабаровск, 2013 г.).

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 25 опубликованных печатных работах, в том числе в 5 рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА

В данной главе приводятся результаты анализа транспортного комплекса России и его наиболее значимой части – автотранспортной системы. Приводятся основные факторы, влияющие на работу транспортного комплекса, критерии оценки качества его работы.

Исследовано перспективное направление создания систем управления транспортным комплексом в виде интеллектуальных транспортных систем.

Основные результаты, представленные в главе, опубликованы в работах автора [14, 55, 79, 87].

Значение транспортного комплекса для развития экономики страны 1.1.

Транспортный комплекс страны является базовой отраслью экономики, имеет большое экономическое, социальное, культурное, оборонное значение и определяет развитие государства [11, 21, 110, 119].

Практика показывает, что транспорт, как обслуживающая система, используется во всех областях экономики. Роль, место и значение транспорта определяются в зависимости от сферы обслуживания и инфраструктуры экономики, вида перевозок, характера труда работников транспорта и процесса потребления продукции (услуг) транспорта.

Назначение транспорта состоит в физическом перемещении тел (средства перемещения, грузы, пассажиры) в пространстве.

Перемещение может происходить либо в одной среде, либо на границе между средами с нахождением либо в одной из них (наземный транспорт), либо одновременно в обеих (надводный транспорт). Перемещение вне среды невозможно. Среда является решающим фактором в выборе транспортного средства и его пути и возможностей перемещения тел.

Однако, работа транспорта связана не только с перемещением, но и сохранением предметов перемещения (грузов или пассажиров) и пространства (окружающей среды). Отсюда вытекают особенности производства продукции транспорта, требования к управлению перемещением [1, 84, 98].

Важную основу транспортной системы составляют магистральные виды транспорта. Доставка грузов (продукции) из сферы производства к магистральным видам транспорта и передача грузов с этих видов транспорта в сферу потребления осуществляется по подъездным путям к промышленным предприятиям, строительным и торговым организациям. Связь с магистральными видами осуществляется через стыковые пункты (транспортные узлы), которые размещаются на железнодорожных станциях, речных и морских портах, аэропортах, логистических центрах (терминалах) и т.д. [117, 121].

Качество транспортных услуг определяется нормативно-правовыми документами по видам транспорта.

Качество услуг грузового транспорта определяется стандартом: ГОСТ 30595–97 / ГОСТ Р 51005–96 «Услуги транспортные. Грузовые перевозки.

Номенклатура показателей качества», где устанавливаются основные группы показателей качества: своевременность выполнения перевозки; сохранность перевозимых грузов; экономические показатели.

Качество услуг пассажирского транспорта: ГОСТ 30594–97 / ГОСТ Р 51004–96 «Услуги транспортные. Пассажирские перевозки. Номенклатура показателей качества» определяется по трем основным группам: безопасность перевозок, регулярность движения, комфортность поездок.

Транспортные услуги включены в классификаторы экономической активности многих стран и составляют крупный сектор экономики. Транспортные услуги, обладают своими особенностями, определяемыми особенностями работы транспорта, основные из которых, имеющие значение для проводимых в диссертации, исследований заключаются в следующем:

1) продукция транспорта невещественна (неосязаема), но обладает размерностью, качеством и ценой;

производства, поэтому транспортные средства должны быть максимально приближены к потребителям транспортных услуг;

местоположения транспортных средств во времени и пространстве, требует развития единой системы связи, информации и управления на транспорте;

внутригородском сообщении, независимо от форм собственности перевозчиков (муниципальные или коммерческие) должны быть доступны по цене всем гражданам и определяться социальной политикой государства.

Анализ показывает, что транспортный комплекс является сложной многокомпонентной динамической системой, с установленными показателями качества работы для каждой составляющей его подсистемы (вида транспорта), где каждой подсистеме соответствует свое пространство состояний и параметры управления. При этом каждая из подсистем, соответствующая определенному виду транспорта, может с большой степенью достоверности рассматриваться как автономная, т.е. слабо связанная с другими подсистемами.

Комплексное решение проблемы управления транспортным комплексом России сложная задача, решение которой выходит за рамки данной работы.

Однако, используя свойство автономности подсистем и подход к анализу сложных систем, основанный на их декомпозиции, можно свести решение проблемы к решению задач управления отдельными подсистемами (видами транспорта) [29, 67, 99, 100, 108, 115].

В работе для исследования выбран один из основных компонентов транспортной системы – автомобильный транспорт.

Автомобильный транспорт является составной и значительной частью транспортного комплекса страны и используется во всех сферах экономики [9, 70].

Средняя дальность перевозок одной тонны груза и поездки одного пассажира показывают, что преимущественное использование автомобильного транспорта – перевозки на короткие расстояния.

Технико-эксплуатационные особенности автомобильного транспорта характеризуются его техническими возможностями, к основным из которых относятся:

доставка грузов или пассажиров «от двери до двери»;

автономность движения единицы подвижного состава;

мобильность подвижного состава;

универсальность и специализация подвижного состава.

Вместе с известными преимуществами автомобильный транспорт имеет и недостатки: высокая себестоимость перевозок; большая энергоемкость; высокая аварийность.

Отличительной особенностью автомобильного транспорта является обязательное исполнение предписанных норм и правил, по эксплуатации подвижного состава:

регистрация транспортного средства (ТС);

обязательное страхование автогражданской ответственности;

прохождение государственного технического осмотра ТС;

регламентное техническое обслуживание ТС;

наличие у водителя удостоверения на право управления ТС.

Структура автомобильного транспорта определяется следующей классификацией подвижного состава по назначению:

- грузовой подвижной состав предназначен для перевозок грузов.

- автобусы предназначены для перевозки пассажиров в различных видах сообщений.

- легковые автомобили предназначены для перевозки пассажиров и имеют помимо места водителя не более восьми мест для сидения.

«Механические транспортные средства и прицепы. Классификация и определения».

1.2.1. Классификация автомобильных перевозок пассажирские, каждый из которых классифицируется по своим признакам [30, 33, 80].

Все грузовые автомобильные перевозки разделяются на коммерческие и некоммерческие.

внутригородскими, пригородными, междугородними и международными.

Пассажирские перевозки по типу транспортного средства разделяются на перевозки автобусами, легковыми и грузовыми автомобилями, оборудованными для перевозки людей.

По территориальному признаку различают международные и внутренние пассажирские перевозки.

В соответствии с административно-территориальным делением РФ можно выделить три типа перевозок: муниципальные, межмуниципальные (в границах территории одного субъекта РФ); межсубъектные (в границах территорий двух и более субъектов РФ).

Также различают перевозки в городском сообщении и перевозки в пригородном сообщении.

По форме организации пассажирские перевозки подразделяют на:

- маршрутные регулярные перевозки пассажиров и багажа (осуществляются по расписанию);

- разовые перевозки пассажиров (осуществляются автобусами и легковыми такси по заказу);

- прямые смешанные перевозки (выполняются автобусами совместно с другими видами пассажирского транспорта).

1.2.2. Условия функционирования автомобильного транспорта Условия функционирования автомобильного транспорта определяются совокупностью условий эксплуатации подвижного состава, возможностями существующей транспортной сети (дороги, средства управления движением), наличием системы объектов производственной инфраструктуры, обеспечивающих эффективную и безопасную работу автомобильного транспорта, и структурного управления автотранспортной деятельностью [12, 40, 71, 76, 120].

Условия эксплуатации – реальная обстановка на дороге, в которой осуществляется движение автомобиля, включающая в себя дорожные условия, транспортный поток, состояние окружающей среды. Условия эксплуатации подвижного состава классифицируют по нескольким группам: дорожные и климатические, транспортные и организационно-технические.

Следует отметить, например, что фактически используемая для движения автомобилей ширина проезжей части отдельных дорог транспортной сети и ширина обочин на одном и том же участке дороги является величиной переменной и колеблется в широких пределах в зависимости от погодноклиматических условий, проезжей части, краевых полос, обочин, а также от уровня содержания дороги.

С целью предупреждения преждевременного разрушения дорожных конструкций допускается введение временного (сезонного) ограничения движения грузовых автотранспортных средств по участкам автомобильных дорог с недостаточно прочной дорожной одеждой.

Таким образом, дорожные и климатические условия эксплуатации подвижного состава определяют весогабаритные ограничения, проходимость и скорость движения автомобилей, воздействие окружающей среды на транспортное состояние грузов, а также выбор маршрута и время доставки груза [24, 28, 40].

Транспортные условия эксплуатации определяются грузоотправителем, который представляет перевозчику заявленный спрос на перевозку грузов [32, 57].

Организационно-технические условия характеризуются материальнотехнической базой перевозчика, структурой парка автотранспортных средств, условиями хранения, возможностью проведения технических обслуживаний и текущих ремонтов автотранспортных средств, режимом работы, наличием средств связи и контроля работы водителей на линии и другими факторами.

Важно отметить, что условия функционирования во многом определяют качество транспортных услуг, влияют на принимаемые решения по управлению транспортной сетью.

1.2.3. Управление автомобильным транспортом Основной функцией государственного регулирования автотранспортной деятельности является разработка и издание в установленном порядке нормативных актов по вопросам, отнесенным к компетенции Минтранса России, а также разработка и согласование проектов федеральных законов и других нормативных правовых актов.

Государственное регулирование предпринимательской автотранспортной деятельности и надзор за ней характеризуется трехуровневым построением:

1) управление государственного автомобильного и дорожного надзора Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России (Госавтодорнадзор) – высшее надзорное звено в сфере автомобильного транспорта [2];

2) территориальные управления государственного автодорожного надзора (УГАДН) – среднее звено;

3) субъекты автотранспортной деятельности (юридические лица и индивидуальные предприниматели) – первичное звено.

Отличительными функциями государственного регулирования УГАДН являются лицензирование перевозок пассажиров автобусами на регулярных маршрутах, выдача удостоверений допуска к осуществлению международных автомобильных перевозок грузов и регистрация уведомлений отдельных видов предпринимательской деятельности по перевозкам пассажиров, багажа и грузов автомобильным транспортом. Надзорные функции УГАДН в ряде случаев дублируются с функциями ГИБДД.

Структуры управления первичными звеньями зависят от мощности предприятий, финансового состояния и спроса на автотранспортные услуги.

Крупные автономные предприятия автомобильного транспорта могут позволить себе содержать типовую структуру управления, включающую коммерческую, финансово-экономическую и техническую службы. Малые предприятия могут не содержать звенья типовой структуры управления или совмещать в лице одного специалиста несколько служебных функций.

Автомобильный транспорт на локальном уровне содержит множество сфер и сегментов управления, определяемых структуризацией автомобильного транспорта. При этом существуют отдельные сферы и сегменты, нормальное функционирование которых нуждается в административных решениях различных уровней. К таким сферам относятся, например:

безопасность автотранспортной деятельности;

страхование на автомобильном транспорте;

спутниковая диспетчеризация автомобильных перевозок;

создание вертикальной линии управления в различных уровнях.

В указанных сферах управления можно выделить отдельные сегменты, которые влияют на безопасность, надежность и эффективность работы автомобильного транспорта.

1.2.4. Нормативно-правовая база функционирования автомобильного Нормативно-правовые основы организации пассажирских и грузовых перевозок определяются совокупностью федеральных законов, постановлений Правительства РФ, ведомственных директивных документов, а также распоряжений администраций субъектов РФ (муниципальных образований).

Основными федеральными законами, регламентирующими перевозку пассажиров на автомобильном транспорте, являются:

федеральный закон от 08.11.07 г. № 259-ФЗ «Устав автомобильного транспорта и городского наземного электрического транспорта»;

федеральный закон от 08.08.01 г. № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности»;

федеральный закон от 01.02.10 г. № 2-ФЗ «О ратификации Конвенции о международных автомобильных перевозках пассажиров и багажа».

К основным подзаконным нормативным актам относятся, например:

Правила перевозок пассажиров и багажа автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом (утв. постановлением Правительства РФ от 14.02.09 г. № 112);

Основными федеральными законами, регламентирующими перевозку грузов на автомобильном транспорте, являются:

федеральный закон от 08.11.07 г. № 259-ФЗ «Устав автомобильного транспорта и городского наземного электрического транспорта», который не противоречит Конституции и Гражданскому кодексу Российской Федерации;

федеральный закон от 30.06.03 г. № 87-ФЗ «О транспортно-экспедиционной деятельности».

К подзаконным нормативным актам относятся, например: Правила перевозок грузов автомобильным транспортом; Порядок временного ограничения движения транспортных средств по автомобильным дорогам общего пользования федерального значения (утв. Минтрансом РФ от 10.04.07 г. № 41) [3, 32, 86].

Функционирование автомобильного транспорта определяется пакетом нормативных документов, призванных обеспечить безопасность дорожного движения: федеральный закон от 10.12.95 г. № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения»; федеральный закон от 08.12.07 г. № 257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»;

федеральный закон от 24.07.07 г. № 210-ФЗ «О внесении изменений в Кодекс [28, 35, 73, 90, 120].

Финансовым инструментом реализации данных стратегических задач, могут стать «Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 г.» и федеральная целевая программа (ФЦП) «Развитие транспортной системы (2010– 2015 гг.)». В рамках данных документов Министерство транспорта РФ планирует территориями, удовлетворению потребностей населения и экономики в услугах транспорта и повышении их качества [69, 122].

Проведенный анализ организации и условий эксплуатации автомобильного транспорта, методов регулирования его работы позволил сделать следующие выводы:

наиболее значимое влияние на планирование и управление работой автотранспорта оказывает его назначение (грузовые или пассажирские перевозки), которое определяет, условия эксплуатации, нормативно-правовую базу и экономические показатели эксплуатации;

факторов (климатические и погодные, дорожные, условия перевозки, требования безопасности, регламентирующие документы федерального, регионального и муниципальных уровней), что делает задачу управления автотранспортом многокритериальной задачей большой размерности;

административным признакам, учитывать условия неопределенности отдельных параметров, задаваемые погодными и дорожными условиями, разнообразие критериев качества управления, определяемых уровнем транспортной системы;

целесообразно использовать принципы адаптации управления к конкретным условиям работы и уровню транспортной системы.

В связи с этим решение задачи создания системы управления транспортной системой любого уровня невозможно без привлечения современных математических, технических и программных средств для решения задач управления, средств сбора и обработки информации, применения современных методов теории управления и математического моделирования.

целесообразно разделить на стратегическое управление, предусматривающее развитие транспортной сети, автотранспортных предприятий, совершенствование транспортных средств, нормативно-правового обеспечения и оперативное управление, ориентированное на управление транспортными сетями и, соответственно, транспортными потоками в конкретных регионах, населенных пунктах.

Стратегическое управление требует значительных затрат и связано с необходимостью согласования принимаемых решений с большим количеством внешних систем (муниципальные и региональные власти, владельцы недвижимости, общественные организации и т.д.), эффективность решений, связанных со стратегическим управлением может проявляться через достаточно большие промежутки времени. Задачи стратегического управления транспортными системами плохо формализуются, математические модели для управления имеют значительные погрешности из-за невозможности учета большого количества реальных факторов, влияющих на принимаемые управленческие решения. Все это существенно ограничивает применение известных методов теории управления, оптимизации и принятия решений при стратегическом управлении.

Оперативное управление менее затратно, его эффективность проявляется достаточно быстро и достаточно просто оценивается. Задачи оперативного управления более четкие и конкретные, что позволяет применять для их решения методы математического моделирования, обеспечивающие достаточную точность создаваемых моделей и методы теории управления для принятия решений.

Важное различие между указанными видами управления заключается в том, что оперативное управление это управление в реальном времени, а стратегическое (перспективное) предусматривает наличие значительного запаса времени для принятия и реализации управленческих решений.

Кроме того, оперативное управление оказывает значительное влияние на безопасность и аварийность транспортных систем.

Тем не менее понятно, что задачи стратегического и оперативного управления транспортными системами достаточно тесно связаны, поскольку принимаемые там решения оказывают влияние как на сиюминутное так и перспективное состояние транспортной системы.

Из сказанного выше следует, что система управления автотранспортным комплексом может быть разделена на две подсистемы стратегического и оперативного управления, каждая из которых может создаваться и эксплуатироваться автономно, при согласовании глобальных целей управления.

В диссертационной работе исследуется система оперативного управления компонентой транспортного комплекса муниципального уровня, представленной в виде транспортной сети.

В настоящее время известно большое число разнообразных моделей и методов оперативного управления транспортными системами (сетями). Однако, большинство из них не ориентировано на комплексный подход, связанный с необходимостью сбора и обработки в течение заданного промежутка времени большого количества информации, поступающей из различных соответствующие средства управления.

Также следует отметить, что в настоящее время состояние аварийности на транспорте расценивается мировой общественностью как глобальный кризис в области безопасности дорожного движения [10, 42].

Обеспечение устойчивого состояния системы ОБДД, в том числе последовательное планомерное снижение числа погибших в результате ДТП, невозможно без применения современных средств и технологий на транспорте и в транспортной инфраструктуре. По мнению экспертов, одной из главных причин значительного ухудшения условий дорожного движения в крупных городах, является интеллектуальное отставание в научной базе, проектировании, производстве, внедрении эффективных технологий в управление транспортными и пешеходными потоками [10, 42, 75].

В связи с этим в последние годы возник и развивается интерес к созданию интеллектуальных транспортных систем (ИТС), базирующихся на обработке больших объемов информации, применении перспективных средств вычислительной техники и телекоммуникаций, математического моделирования и теории управления. ИТС ориентированы на выполнение функций оперативного управления, но позволяют решать ряд задач стратегического управления [42, 48, 51].

Особенностью ИТС является сбор и обработка большого количества разнообразной информации, от состояния транспортных средств и водителей, до состояния транспортной инфраструктуры, что позволяет принимать более обоснованные управленческие решения. В связи с этим основой ИТС являются современные и перспективные информационные технологии, средства сбора и обработки информации, математическое и программное обеспечение [43, 50].

1.3.1. Современное состояние интеллектуальных транспортных систем Развитие информационных и коммуникационных технологий открыло новые возможности для решения сложных транспортных проблем, с которыми сталкивается современный мир. Решение было найдено в создании уже не систем управления транспортом, а транспортных систем, в которых средства связи, управления и контроля изначально встроены в транспортные средства и объекты инфраструктуры, а возможности управления (принятия решений) на основе получаемой в реальном времени информации, в таких системах доступны не только транспортным операторам, но и всем пользователям транспорта. Задача решается путем построения интегрированной системы: люди – транспортная инфраструктура – транспортные средства, с максимальным использованием новейших информационно-управляющих технологий.

Наблюдается активный процесс формирования и развития интеллектуальных транспортных систем (ИТС) в транспортном секторе экономики, который уже привел к очевидному улучшению работы всех видов транспорта во всех странах, рассматривается как самая эффективная мера для решения транспортных проблем и источник создания новых отраслей промышленности.

Об этом свидетельствует почти 20-летний опыт целенаправленных разработок ИТС в США, Японии, в Европейском союзе, Китае и других странах, где достигнуты серьезные успехи. Внедрение ИТС там носит стратегический характер, определяет в целом конкурентоспособность страны на мировом рынке [10, 42].

Япония – одна из первых стран, приступившая к проведению исследований по ИТС и реализации комплексной системы управления автомобильным транспортом. Так в 1996 г. пять министерств Японии, объединенных в штаб, возглавляемый премьер-министром, с участием академических кругов, промышленности и специально созданной структуры «ИТС Япония», начали реализовывать «Комплексный план для ИТС в Японии». В 2003 г. обществом «ИТС Япония» был подготовлен документ – «Стратегия развития ИТС в Японии», в котором декларируется система трех «нулевых» целей: 1. Япония – зона нулевых потерь на дорогах; 2. Япония – зона нулевых задержек на дорогах;

3. Япония – зона комфортабельных транспортных условий (зона нулевых неудобств) [10, 75].

реализуемых Министерством транспорта. В 1991 г. Конгресс США законом ISTEA впервые учредил разработанную Минтрансом США федеральную программу. В 1996 г. началась разработка программы стандартов ИТС и создана система постоянно обновляемых официальных программных документов по развитию ИТС [42, 75].

В Китае Министерство коммуникаций приступило к развитию ИТС в 1997 г.

с создания лаборатории и Национального центра инжиниринга и технологий ИТС, а в 2000 г. Министерство науки и техники совместно с десятью заинтересованными министерствами учредило национальную группу по координации ИТС. В 2003 г. создан Китайский национальный технический комитет по стандартизации ИТС, в 2007 г. принята «Стратегия развития ИТС Китая». Развитие ИТС в Китае осуществляется на плановой основе под полным контролем государства. [10, 75].

Европейский союз в 2006 г. принял политический документ «Европа в движении. Устойчивая мобильность для нашего континента», в котором выдвинута концепция интеллектуальной мобильности (intelligent mobility). В нем отмечается, что в долгосрочном периоде автомобили, поезда или суда должны иметь столь же развитое оборудование связи, навигации и управления, что и самолеты.

В феврале 2009 г. Комиссия ЕС выпуском «зеленой книги» «TENT: Обзор стратегии» начала процесс фундаментального пересмотра политики европейской транспортной сети, определив конечной целью своей политики формирование единой мультимодальной сети. ИТС отводится роль мостового соединения между жесткой инфраструктурой и интеллектуальным транспортом, ключа к достижению целей транспортной политики [10, 42, 97].

В 1991 г. создана некоммерческая организация – общество ERTICO («ИТС Европа»), цели которой состоят в содействии координированию усилий по развитию ИТС в Европе. Проекты ИТС включены в стратегические документы по развитию транспорта, рамочные программы исследований и разработок Евросоюза, в том числе, связанные с использованием GNSS «Галилео».

Общественная инициатива ERTICO привела, например, к принятию Еврокомиссией программы «Еcall» («экстренный вызов»), которая с 2010 г. стала общеевропейским законом.

Следует отметить, что реализация ИТС в глобальном масштабе возможна только в условиях насыщенного коммуникационного пространства, когда нет проблем, связанных с передачей значительных объемов цифровой информации в реальном времени из любой точки транспортной сети, созданы современные системы сбора необходимой информации о состоянии транспортной сети и транспортных средств.

1.3.2. Перспективы развитие интеллектуальных транспортных систем Развитие ИТС методологически базируется на системном подходе, к решению проблемы управления транспортным комплексом, когда ИТС формируется как система для комплексного решения основных задач управления.

Можно отметить, что результаты системного анализа проблемы управления транспортным комплексом, полученные в предыдущих разделах, во многом объясняют и обосновывают установленные направления развития и сферу применения ИТС.

Сфера продвижения ИТС в мировой практике варьируется от решения задач в интересах общественного транспорта, существенного повышения безопасности дорожного движения, ликвидации заторов в транспортных сетях, повышения производительности интермодальной транспортной системы (включая автомобильный, железнодорожный, воздушный и морской транспорт) до экологических и энергетических проблем.

Сегодня наиболее активно развиваются следующие направления применения ИТС для транспортной инфраструктуры и транспортных средств:

1. Интеллектуальные системы для инфраструктуры:

- управление движением на автомагистралях;

- коммерческие автоперевозки;

- предотвращение столкновений транспортных средств и безопасность их движения;

- управление при чрезвычайных обстоятельствах;

- управление движением на основной уличной сети;

- управление информацией;

- управление общественным транспортом;

- информация для участников движения.

2. Интеллектуальные системы для транспортных средств:

- системы предотвращения столкновения;

- системы уведомления о столкновении;

- системы помощи водителю.

реинжиниринге действующих транспортных систем. Отсюда следуют важные принципы поэтапного развития и модульности создания ИТС.

Так, большое внимание уделяется формированию единой открытой архитектуры системы, включающей протоколы информационного обмена, формы перевозочных документов, стандартизацию параметров используемых технических средств, процедур связи и управления.

К настоящему времени начали реализовываться коммерческие проекты создания ИТС. По данным ассоциации «ITS America» к 2015 г. мировой объем продаж продукции и услуг ИТС составит более 400 млрд. долларов США.

Европейский рынок оценивается величиной 100–130 млрд. евро.

Взаимодействие государства, бизнеса, научного сообщества и пользователей обеспечивается созданием национальных и континентальных обществ (ассоциаций), таких как «ИТС Америка», ЭРТИКО («ИТС Европа»), «ИТС Япония» и др [10, 75].

1.3.3. Принципы оперативного управления в ИТС С позиций системного анализа ИТС можно рассматривать как совокупность подсистем управления, каждая из которых осуществляет свои функции. Однако декомпозиция должна обеспечивать и согласованность работы отдельных подсистем в рамках единого (глобального критерия качества), который является функционалом локальных критериев качества работы отдельных подсистем.

В этом смысле структура ИТС может быть иерархической, когда уровень иерархии каждой подсистемы определяется значимостью (влиянием) ее локального показателя качества на значение глобального показателя.

Как отмечалось развитие ИТС должно учитывать необходимость сбора и обработки все возрастающего количества информации, передачи управлений различным территориально распределенным элементам системы и возможность адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации транспортной системы.

Особое внимание необходимо уделить работе ИТС в режиме особых ситуаций, для которых не четко определено состояние транспортной системы, не предусмотрены методы решения задач управления. В этом случае возможен переход на «ручное» управление.

Также следует отметить, что наличие различных, иногда противоречивых, критериев качества работы транспортной системы (соответственно ИТС), неопределенность состояний и параметров системы часто не позволяют проводить вычисление управлений классическими методами, на основании математических моделей, поскольку точность результатов и эффективность управления в этом случае трудно прогнозируемы.

В данном случае целесообразно применять принципы управления, базирующиеся на искусственном интеллекте, к которым относится и ситуационное управление [85].

Такие методы ориентированы на применение в условиях присущих таким объектам как транспортные системы:

- отсутствие единого универсального подхода к управлению;

- управление в условиях очень большой размерности пространства состояний объекта управления;

- необходимость принятия решений в зависимости от конкретной ситуации;

- необходимость адаптации принимаемых решений к сложившейся ситуации и возможным последствиям применяемого управления;

управленческие решения.

Применительно к задачам, решаемым в диссертации, в качестве конкретной ситуации будем рассматривать конкретное состояние объекта управления, которое получено путем укрупнения состояний (это будет модель ситуации), что позволяет значительно сократить пространство состояний и множество возможных управлений.

С учетом того, что ситуационное управление обуславливает принятие решений в зависимости от конкретной ситуации (состояния объекта), можно считать, что при этом осуществляется пошаговое управление, с возможной оптимизацией решений на каждом шаге (пошаговая оптимизация).

С точки зрения реализации принимаемых решений при создании ИТС целесообразно применять поэтапное создание системы с учетом возможностей (материальных и финансовых) на каждом этапе.

Возрастание объемов грузопассажирских перевозок в Российской Федерации неизбежно приводит к росту уровня аварийности и количества человеческих жертв на транспорте, недопустимой нагрузке на окружающую среду, снижению эффективности перевозок (пробки, задержки).

транспортом на базе современных подходов, к которым относится ИТС.

Разработка и реализация программы развития ИТС в России может стать одной из эффективных мер для решения серьезных социальных и антикризисных проблем, инструментом реализации Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г., а также стимулом для создания новых и развития имеющихся отраслей промышленности [42, 51, 79].

Не смотря на отсутствие до настоящего времени планомерных работ по комплексному развитию ИТС, в России уже имеется достаточно много примеров попыток развития локальных элементов и систем, относящихся по современной терминологии, к ИТС. Это, например, созданные в конце ХХ в. системы контроля и управления движением транспортных средств на всех видах транспорта, системы управления перевозками грузов и пассажиров, системы информирования и продажи билетов и другие информационно-управляющие системы. Однако, современное состояние рынка ИТС характеризуют разрозненность, фрагментарность, отсутствие национальных стандартов, несистемные контакты с международными ассоциациями ИТС.

Сегодня в России достаточно активно разрабатываются отдельные элементы ИТС, что определяется текущими потребностями рынка, но не долговременной стратегией. В области ИТС работает около 200 государственных и частных предприятий (производители, интеграторы, сервисные фирмы, провайдеры, дилеры), деятельность которых никак не координируется и не регламентируется в государственном масштабе [42, 97, 124].

Каждый из видов транспорта развивает корпоративные информационные системы, направленные исключительно на решение внутренних задач, а не на интеграцию с информационными системами смежных видов транспорта.

Стихийное развитие локальных и корпоративных систем формирует среду, в которой интеграция в единую ИТС может оказаться чрезвычайно сложной и дорогостоящей задачей.

В качестве основы для создания комплексной ИТС в России необходимо использовать региональные навигационно-информационные системы (РНИС), создающиеся в настоящее время на базе системы ГЛОНАСС с целью повышения качества выполнения государственных функций и предоставления государственных услуг в интересах транспортного комплекса региона [61, 79].

Требуется определить приоритеты в развитии и внедрении элементов ИТС:

внедрение ИТС в крупных городах, развитие сети федеральных и строительство платных автодорог с обязательным развертыванием современных ИТСкомпонентов, формирование международных транспортных коридоров в соответствии с принятыми в Европе стандартами ИТС, а также предусмотреть технические возможности развертывания коммерческих ИТС-сервисов.

Основу для формирования ИТС должна составлять информация о возможных потребностях в ее услугах пользователей: водители, пешеходы и велосипедисты, пассажиры общественного транспорта, перевозчики, транспортные операторы и службы эксплуатации транспортной инфраструктуры.

Перечень пользовательских услуг ИТС служит основой для формирования национальной архитектуры ИТС как структуры связанных подсистем, которые вместе обеспечивают предоставление пользовательских услуг с использованием своих функциональных возможностей и определенных интерфейсов между собой.

В качестве положительного фактора следует отметить инициативу Федерального дорожного агентства Российской Федерации по разработке в г. в рамках плана научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Концепции создания интеллектуальной транспортной системы на автомобильных дорогах федерального значения». Одновременно в рамках реализации программы ГЛОНАСС начата разработка национальных стандартов Российской Федерации по направлениям ИТС.

В связи с этим можно отметить, что Россия имеет хорошие перспективы в области создания и развития ИТС.

Определена роль транспортного комплекса в экономике Российской Федерации. Исследованы особенности управления комплексом и типовые показатели качества управления. Проведенный анализ позволил сделать вывод, что управление транспортным комплексом может быть основано на решении задач управления его подсистемами. Это позволило определить в качестве базы для проведения исследований автотранспортный комплекс.

Показана ведущая роль автотранспорта в транспортной системе, исследована структура, проведена классификация типов перевозок, условия функционирования и сложившиеся формы управления. Проведенный анализ особенностей построения и функционирования автотранспортного комплекса позволил выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние на работу и управление: назначение автотранспорта, условия эксплуатации, нормативноправовая база и регламентирующие документы различного уровня, что определяет его работу в условиях неопределенности, и требует адаптации к различным условиям.

управления транспортной системой любого уровня, как многокритериальной задачи управления в условиях неопределенности и в режиме реального времени, требует привлечения современных математических, технических и программных средств решения задач управления, средств сбора и обработки информации, применения современных методов теории управления и математического моделирования.

Проведен анализ перспективного направления в создании систем управления транспортом – интеллектуальных транспортных систем (ИТС).

Обосновано их появление, как результат развития современных информационных и телекоммуникационных технологий и внедрения их в практику управления транспортными системами. Показано состояние и перспективы развития ИТС за рубежом и в Российской Федерации.

Системный анализ ИТС показал, что ИТС можно рассматривать как совокупность подсистем управления, декомпозиция должна обеспечивать согласованность работы отдельных подсистем в рамках единого (глобального) критерия качества. Структура ИТС может быть иерархической. При создании ИТС требуется учитывать необходимость сбора и обработки все возрастающего количества информации, передачи управлений различным территориально распределенным элементам системы и возможность адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации транспортной системы, когда не возможно однозначное определение состояния системы.

Для решения задач управления при наличии различных, иногда противоречивых, критериев качества работы транспортной системы, в условиях неопределенности состояний и параметров системы, предлагается применить концепцию ситуационного управления с пошаговой оптимизацией принимаемых решений.

Результаты данной главы позволили определить направления исследований проводимых в диссертации, выделить цели и основные задачи исследований.

2. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ

транспортными потоками, как задачи управления транспортной сетью.

Определяются пространство состояний сети, показатели качества управления и множество управлений. Предлагается новый подход к решению задачи управления транспортной сетью, базирующийся на концепции ситуационного управления, и основанный на укрупнении состояний, применении сценариев и пошаговой оптимизации.

Проводится анализ современных подходов к созданию системы управления.

Показаны современные средства управления и их возможности при работе в составе ИТС. Приводятся результаты анализа транспортной сети Хабаровска.

Основные результаты, представленные в этой главе, опубликованы в работах автора [55, 58, 64, 66, 79, 87, 89, 94].

2.1. Описание задачи управления транспортными потоками Как отмечалось в главе 1, среди множества задач управления транспортным комплексом, наиболее важной является задача управления транспортными потоками.

Высокая значимость этого направления в управлении транспортным комплексом определяется его влиянием на такие показатели работы комплекса как безопасность транспортных средств, пассажиров и перевозимых грузов, обслуживания пассажиров. Управление транспортными потоками влияет на загрузку транспортных узлов, улиц и безопасность всех участников дорожного движения [4, 19, 21, 25, 28, 35, 40, 91, 92].

рассматривается в диссертационной работе как основная задача.

Если рассматривать управление транспортными потоками с позиций теории управления, необходимо определить следующие понятия [8, 22, 36, 81]:

- объект управления;

- множество возможных управлений;

- множество состояний объекта управления;

- критерий качества управления;

- цели управления.

Объектом управления является транспортная сеть, включающая множество связанных между собой транспортных магистралей (улицы, переулки и т.д.), по которым перемещаются транспортные единицы (автомобили, автобусы и т.д.), образуя транспортные потоки. В состав сети входят и средства управления (светофоры, знаки, указатели и т.д.).

Транспортная сеть это среда, в которой формируются и существуют транспортные потоки. Естественно, что параметры транспортной сети, ее состояние, определяют и характеристики транспортных потоков, т.е. изменения состояния транспортной сети вызывают изменения транспортных потоков. В связи с этим задача управления транспортными потоками может быть представлена как задача управления транспортной сетью.

Транспортная сеть задается своей структурой и параметрами элементов структуры. Структура транспортной сети может быть представлена в виде графа транспортной сети, ребрами которого являются транспортные магистрали, а вершинами места их соединений (транспортные узлы) (рисунок 2.1) [118].

Транспортные магистрали и транспортные узлы образуют элементы транспортной сети.

Поскольку в дальнейшем понятие элемента транспортной сети будет использоваться при проведении исследований, определим элемент транспортной сети более конкретно.

Рис. 2.1. Пример графа транспортной сети Определение 1. Простой элемент сети соответствует либо одному ребру (либо его части), либо одной вершине графа транспортной сети между средствами управления сетью.

Из определения следует, что внутри простого элемента параметры и характеристики транспортных потоков не меняются.

Определение 2. Составным (сложным) элементом транспортной сети является любой связанный (связный) подграф графа транспортной сети, состоящий из простых элементов.

Из определения следует, что между любыми ребрами и вершинами подграфа, являющегося составным элементом транспортной сети, можно проложить маршрут (путь), полностью входящий в состав этого элемента. Такое определение позволяет исследовать каждый составной элемент как отдельную транспортную подсеть, входящую в состав транспортной сети.

транспортной сети на простые и составные элементы, которая заключается в том, что подграфы графа транспортной сети, соответствующие различным составным элементам транспортной сети, не могут иметь одних и тех же вершин или ребер.

Эта особенность будет использоваться при декомпозиции транспортной сети.

Для описания каждой магистрали и каждого транспортного узла сети (простого элемента сети) используются наборы их параметров, состав которых определяется решаемой задачей управления и целями управления, включающие, например, пропускная способность, рядность, допустимая скорость движения, направление движения, состояния светофоров, длины очередей из автотранспорта и пешеходов и т.д. Набор значений параметров каждого простого элемента сети номер j задается вектором состояния элемента s j (s j1, s j 2,..., s jn ), где s jn j значение параметра номер n элемента номер j транспортной сети; n j - число параметров элемента j, ( j = 1, 2,…,K); K – число простых элементов транспортной сети. Множество векторов состояний элементов сети образует множество состояний всей сети.

Транспортная сеть имеет счетное множество состояний, и состояние номер j транспортной сети задается вектором состояния s j (s j1, s j 2,..., s jK ), где s jm (s jm1, s jm 2,..., s jn ) - вектор состояния простого элемента номер m сети, находящейся в состоянии j; nm - число параметров состояния простого элемента m (j = 1, 2,…,N); N – общее число состояний сети. При описании транспортной сети целесообразно группировать параметры по их отношению к простым и составным элементам сети.

Каждому состоянию элемента транспортной сети номер j соответствует набор характеристик транспортного потока этого элемента:

здесь y jk Yjk (s j ) (k = 1, 2, …, P); y jk - значение характеристики номер k элемента сети номер j, находящегося в состоянии s j ; P – число характеристик транспортных потоков сети. Множество характеристик транспортных потоков элементов транспортной сети: y (y 1, y 2,..., y K ).

Все состояния сети образуют множество (пространство) состояний - S.

Таким образом, транспортная сеть задается своим графом и пространством состояний.

Управление транспортной сетью состоит в изменении ее состояний, что приводит к изменению характеристик транспортных потоков (скорости движения, длительность перемещения между заданными точками сети, интенсивность появления транспортных средств в различных элементах сети и т.д.). Итак, изменении состояний транспортной сети, воздействие на которые возможно с применением доступных средств управления сетью.

Множество управлений транспортной сетью определяется возможностями используемых средств управления транспортными потоками на магистралях и узлах: светофоры, дорожные знаки, указатели, динамическая разметка и т.д.

Число средств управления сетью – H (0 < H < ). Каждое средство управления характеризуется множеством параметров (место размещения в транспортной сети, набор сигналов светофора, зона действия знака, набор указаний дорожной разметки и т.д.). Это множество параметров может меняться и значения параметров средства управления в каждый момент времени являются значениями управления транспортной системой в этот момент времени. Как правило, для транспортной сети с ограниченным набором элементов набор возможных управлений конечен. Конкретное управление номер k транспортной сетью задается вектором u k (u k 1, u k 2,..., u kH ), где u km - значение параметра средства управления номер m управления номер k, (k = 1, 2,…, R); R – число управлений транспортной сетью.

При воздействии управления u k на сеть, находящуюся в состоянии s j она переходит в состояние:

где s m S и Fi (s j, u k (s j )) - вектор состояния элемента номер i транспортной сети.

Запись u k (s j ) означает, что управление номер k применяется к состоянию номер стохастической, что отмечалось ранее в главе 1. В обоих случаях функция может определяться либо по результатам сбора и обработки статистического материала, либо на основе математических или имитационных моделей, однако в первом случае значение состояния задается однозначно, а во втором имеется множество возможных значений состояний сети, каждое из которых имеет собственную вероятность появления.

(например, загрузка элементов сети) зависят не только от состояния средств управления (светофоры, знаки), которое является детерминированной величиной, но и от маршрутов движения транспорта, которые часто являются случайными.

Маршруты общественного автотранспорта (автобусы, маршрутные такси) вполне предсказуемы, так как определяются расписанием и установленными маршрутами. Поэтому, зная количество автобусов, маршрутных такси и интенсивность потока пассажиров, можно достаточно точно вычислить, например, загрузку элементов транспортной сети этим видом автотранспорта g 0 i (s, u, h0 ), где s – состояние сети, u – управление, h0 – количество единиц транспорта, i – номер элемента сети. Функция учитывает маршруты.

Маршруты грузового транспорта достаточно точно предсказуемы, так как указаны в соответствующей документации. Однако возможны отклонения, вероятность которых невелика, поэтому загрузка элементов транспортной сети этим видом автотранспорта также достаточно точно вычисляется (можно вычислить, например, границы загрузки для каждого элемента сети) max{ g1i (s, u, h1 )}, min{ g1i (s, u, h1 )}, где s – состояние сети, u – управление, h1 – количество единиц транспорта, i – номер элемента сети. Функция учитывает маршруты.

Маршруты индивидуального автотранспорта и такси можно рассматривать как случайные (выбор водителем маршрута зависит от очень большого числа факторов). Поэтому их влияние на загрузку элементов транспортной сети можно рассматривать как случайный шум (помехи), параметры которого зависят от количества единиц этого вида транспорта, находящихся в движении, и статистических данных об их маршрутах - g 2i (s, u, h2 ) Pr( g 2i (s, u, h2 ) r ), где s – состояние сети, u – управление, h2 – количество единиц транспорта, i – номер элемента сети. Функция учитывает маршруты.

Таким образом, значение некоторых компонент функции F(.,.) можно, в общем случае, представить как сумму постоянной величины и случайной величины:

Качество управления транспортной сетью (эффективность управления) в определяется ее состоянием и применяемым управлением (является функцией от состояния и управления):

Возможен случай, когда качество управления транспортной сетью определяется значениями характеристик транспортных потоков сети, тогда с учетом (2.1) и (2.4) имеем:

транспортного средства по заданному маршруту, зависящей от загрузки элементов сети, находящихся на маршруте, а также затратами на управление.

В случае стохастической функции F(.,.) все состояния сети должны учитываться при вычислении значения C в соответствии с вероятностями их появления, при этом можно использовать среднее значение качества управления:

pi детерминированной функции изменения состояний, формула (2.6) также применима, поскольку вероятность каждого конкретного состояния в этом случае равна 1или 0.

элементами.

Как правило работа сети и качество управления рассматриваютcя и которого на сеть действуют управления, переводя ее из одного состояния в другое и изменяя значение показателя качества работы сети. При этом показатель качества работы сети на этом периоде является суммой показателей за каждый интервал времени нахождения сети в определенном состоянии (за шаг управления). Если длительности интервалов на периоде T образуют множество z (T ) ( z1, z 2,..., z n ), где T z i, то состояния сети на интервалах вычисляются по формуле:

где (s( zi ) - состояние сети на интервале z i ; u( z i ) - управление на интервале z i ;

i = 1,2,…,n-1.

Удобно определить состояние сети на интервале z i, как состояние сети в момент начала этого интервала (при условии, что за этот интервал времени состояние не меняется). Пусть множество моментов времени t 0, t1,..., t n, где t i 1 t i и t i 0, это множество моментов начала интервалов управления, т.е. z i t i t i 1, i = 1, 2, …, n. Тогда, с учетом (2.7), имеем:

Отметим, что из (2.8) следует:

рекурсивная зависимость, позволяющая исследовать динамику изменения состояния сети.

Значение показателя качества работы за время T вычисляется с учетом (2.8) по формуле:

Здесь G (s(ti ), u(ti ), ti ) - значение показателя качества управления на интервале z i при неизменном состоянии сети s ( z i ) на этом интервале. Отметим, что величина интервалов z i t i t i 1, (i = 1,2,…,n) должна выбираться достаточно малой, чтобы состояние сети на этом интервале не менялось, или менялось незначительно.

Целью управления транспортной сетью является оптимизация показателя качества работы сети, т.е. управления должны переводить сеть в такие состояния, при которых величина функционала от показателей качества на интервале управления (например, их сумма) становится оптимальной (минимальной или максимальной).

2.2. Предлагаемый подход к решению задачи управления Как отмечалось выше особенностью управления транспортной системой (транспортной сетью) является большая размерность задач управления, сложность проведения расчетов, наличие неопределенности при изменении состояний системы и слияние многих плохо формализуемых факторов, принятие решений в «реальном» времени. Кроме того, как отмечается в литературе, особую сложность задачам управления придает необходимость координации управляющих решений для отдельных подсистем, из которых, как правило, состоит вся система [18, 54, 68, 67, 81]. В связи с этим концептуальной основой для управления транспортной сетью выбрано ситуационное управление.

Здесь следует отметить, что частные задачи управления транспортными потоками для элементов транспортной сети в различных постановках и с применением различных подходов решались в работах многих авторов [6, 20, 21, 23, 27, 36, 54, 74, 102, 112, 113, 116, 127, 128]. При этом предлагались различные подходы к построению и анализу моделей сети (сети и системы массового обслуживания, имитационное моделирование и т.д.). Однако, каждая работа предлагала решение, основанное на применении собственного оригинального подхода, со своими показателями качества, параметрами потоков, отражающего лишь некоторые стороны и особенности задачи, что сужало возможности его применения как универсального метода управления транспортными потоками.

Кроме того, отсутствовала в явном виде связь между состоянием транспортной сети и характеристиками транспортных потоков.

Представляет интерес такой подход, который позволял бы использовать имеющиеся решения, т.е. был бы достаточно универсальным, но был бы свободен от таких недостатков как ограниченность применения результатов, высокая вычислительная трудоемкость, связанная с большой размерностью задачи и сложностью алгоритмов управления.

В связи с этим возникает проблема выбора подхода к управлению, обеспечивающего решение задач управления с заданным качеством и при ограниченных временных и материальных затратах.

Основные требования к методу управления можно сформулировать следующим образом:

устанавливаемое техническим заданием и регламентами;

- использование малозатратных, с точки зрения реализации, алгоритмов выработки управления;

- возможность применения результатов решения задач управления, полученных ранее;

- использование доступных средств управления.

Анализ известных методов управления сложными объектами показывает, что сокращение времени вычислений управляющих воздействий (управлений) достигается сочетанием двух решений [7, 8, 37]:

- сокращение пространства состояний, что сокращает и размерность задач вычисления управлений;

- сокращение времени вычисления за счет использования нетрадиционных алгоритмов выработки (вычисления) управлений.

При всем многообразии возможных методов сокращения пространства состояний, можно выделить основные подходы [7]:

- укрупнение (агрегирование) состояний, когда определенное множество состояний заменяется одним состоянием;

- усечение пространства состояний путем удаления некоторого множества состояний из рассмотрения;

- декомпозиция объекта управления, при которой он разбивается на несколько подсистем, пространство состояний каждой из которых меньше, чем пространство состояний всего объекта.

Перечисленные выше подходы могут привести, естественно, к снижению качества управления, но позволяют решать задачи управления в заданные временные интервалы.

Еще одним направлением снижения времени на принятие решений при управлении сложным объектом является применение заранее приготовленных решений, которые вычисляются для заданного множества состояний объекта управления (ситуаций, в которых находится транспортная сеть). Такие решения будем в дальнейшем называть сценариями. Отметим, что эти сценарии могут быть получены с использованием различных известных решений задачи управления транспортными потоками, в зависимости от возможностей используемых средств управления и сбора информации о состоянии транспортной сети, заданных критериев качества управления.

Особенность сценария состоит в том, что он может содержать набор управлений, применяемых на определенном интервале времени работы объекта, за счет чего увеличивается длительность шага управления, что позволяет снизить требования к скорости принятия управленческих решений.

При этом, еще раз отметим, для вычисления сценариев (управлений) можно применять известные методы управления транспортными потоками (источники, где они описаны указаны выше), которые непосредственно в «реальном» времени применять сложно.

ограниченном множестве состояний объекта управления, поскольку от числа состояний зависит количество сценариев, поэтому в работе оба предложенных выше подхода к управлению транспортной сетью (транспортными потоками) будут объединяться и применяться в совокупности (укрупнение состояний и применение сценариев управления).

Как отмечалось выше, управление системой часто проводится на конечном интервале времени, однако это не всегда так, особенно применительно к транспортным системам, которые работают 24 часа в сутки и 365 дней в году (при этом T ). В связи с этим не всегда возможно и обоснованно применять методы управления, основанные на поиске оптимальных стратегий управления для конечного интервала времени, кроме того установленный выше показатель качества управления (формула (2.9)), не подходит, поскольку lim {C (T )}.

Поэтому при управлении на бесконечном или очень большом интервале времени нужно менять критерий качества управления (например, сделать его независящим от величины интервала времени):

однако при этом может резко усложниться решение задачи оптимизации управления, так как вычисление сценариев должно проводиться с учетом их зависимости.

Возможно также применить другой подход, основанный на оптимизации управления на каждом шаге (пошаговая оптимизация). Применение этого подхода в данном случае можно обосновать следующими доводами:

соответствующей укрупненному состоянию транспортной сети, определяется свое управление, которое, как правило, не учитывает связи с предыдущими и последующими управлениями из-за их сложности и большой размерности пространства состояний;

- специфика управления транспортной сетью не позволяет в полном объеме применять классические методы оптимизации при выработке управлений, поскольку, как отмечалось в первой главе, ситуация (состояние транспортной сети), критерии качества управления и управляющие воздействия могут меняться вне рамок применяемой модели транспортной сети;

- при аддитивном функционале качества управления (например, (2.9) или (2.10)), оптимизация управления на каждом шаге может позволить получить оптимальное значение функционала для всего интервала времени, что требует, конечно, дополнительных исследований.

Однако, в некоторых случаях (при незначительных отличиях в результатах управления для каждого состояния, аддитивном характере функционала качества управления и т.д.) пошаговая оптимизация может быть приемлемым решением.

Исходя из этого, в дальнейшем будет применяться метод пошаговой оптимизации, когда оптимальное управление (сценарий) вычисляется для конкретного состояния объекта управления.

Таким образом, в работе для решения задачи управления транспортными потоками применяется подход, основанный на уменьшении размерности пространства состояний (по числу состояний), использовании заранее подготовленных сценариев управления и пошаговой оптимизации при вычислении сценариев.

2.3. Система управления транспортными потоками Для решения задач управления необходимо применять не только современные математические модели и методы управления, но и современные вычислительные и телекоммуникационные средства. Особенно это относится к тому случаю, когда система управления транспортными потоками является подсистемой ИТС [42, 48, 75].

2.3.1. Общие принципы создания системы управления транспортными Система управления транспортными потоками (СУТП) создается для решения задач управления в реальном времени как подсистема ИТС. Система является системой с обратной связью. На основании проведенного анализа можно выделить следующие особенности системы:

Большая территориальная распределенность элементов системы.

Средства сбора данных и исполнительные устройства расположены в элементах транспортной сети, которая имеет расстояние между отдельными узлами в несколько десятков километров.

исполнительных устройств (102 – 103) связанных в единую сеть передачи данных.

Большая размерность пространства состояний (до 103 параметров) и большое количество состояний (104 – 105).

Наличие достаточно автономных подсистем (групп элементов транспортной сети (отдельные районы, улицы) ) управление которыми слабо влияет на состояние других элементов, не входящих в подсистему.

Необходимость «ручного управления» при нахождении сети в особых состояниях.

Изменение критериев качества управления в процессе работы системы.

Необходимость работы в режиме «non-stop» 24 часа в сутки и дней в году.

законодательств при принятии решений (ПДД, постановления местных органов власти и т.д.).

Зависимость принимаемых решений от времени суток и случайных факторов (погодные условия, местные праздники и т.д.).

Необходимость обеспечения безопасности каналов связи, защита средств сбора данных и исполнительных устройств от несанкционированного доступа.

восстановления).

администрации, решения органов УВД и ГИБДД).

В таблице 2.1 показана зависимость времени обработки на серверах от размерности пространства состояний. Параметры получены расчетным путем, исходя из необходимого и возможного количества операций.

Таблица 2.1 – Изменение времени обработки на серверах Перечисленные особенности диктуют определенные требования к системе управления и решаемым задачам, к основным из которых можно отнести:

Создание автономной сети передачи данных для системы.

Наличие в системе связи разнотипных каналов связи.

Резервирование программных средств, данных и оборудования.

Постановка задач управления как задач оптимизации на каждом шаге управления, а не заданном периоде управления.

управленческие решения путем укрупнения (агрегирования), либо путем декомпозиции объекта управления на ряд подсистем.

Первое требование связано с необходимостью обеспечения безопасности системы и защиты от несанкционированного доступа. При определенных условиях возможно использование общедоступных каналов связи, но с применением средств защиты передаваемых данных.

Второе требование связано с невозможностью использования только проводных каналов (хотя это хорошее решение обеспечивающее безопасность передаваемой информации) из-за сложных условий, больших расстояний и высокой стоимости их прокладки, однако наличие в одной системе проводных и различных беспроводных каналов значительно усложняет структуру системы связи и повышает ее стоимость.

Третье требование связано с необходимостью обеспечения бесперебойной работы системы и малой длительности восстановления, что связано с увеличением стоимости системы.

Четвертое требование вызвано, во-первых, наличием особых состояний, требующих «ручного управления», которое не может быть оптимальным, а вовторых, наличием внешних управляющих воздействий, которые нельзя оптимизировать. Следует отметить, что практически невозможно получить статистическую модель, позволяющую предсказывать появление особых состояний и внешних управлений. Таким образом, наиболее предпочтительным решением является применение пошаговой оптимизации управления, когда управление выбирается оптимальным по заданному критерию качества на каждом шаге. Такой подход оправдан еще и потому, что состояния системы подвержены воздействию случайного шума, что снижает связь между эффективностью управления на соседних шагах.

Пятое требование вызвано необходимостью принимать управленческие решения (вырабатывать управления) в реальном времени при большой размерности пространства состояний. В этом случае решение задач оптимизации может потребовать либо слишком дорогих вычислительных устройств (высокой производительности), либо разработки сложных алгоритмов проведения расчетов.

Уменьшение множества состояний и снижение размерности пространства состояний значительно упрощает решение задач управления. Достигнуть желаемых результатов можно различными путями, которые исследуются в третьей главе работы.

2.3.2. Описание структуры системы управления Исходя из сказанного выше, обобщенная структура системы управления транспортными потоками включает следующие подсистемы (рисунок 2.2), наличие которых свойственно многим системам управления [28, 34]:

- подсистема сбора и передачи информации о состоянии элементов транспортной сети;

- подсистема выработки управлений;

- подсистема реализации управлений.

Подсистема сбора и передачи информации о состоянии транспортной сети предназначена для сбора и передачи данных о состоянии элементов сети в подсистему выработки управлений.

ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ

Подсистема сбора и передачи информации о состоянии Рис. 2.2. Обобщенная структура системы управления транспортными Подсистема включает:

- средства сбора информации (данных о состоянии элементов транспортной сети) (датчики, регистраторы, фотокамеры, мобильные средства связи для передачи информации от инспекторов ГИБДД и т.д.);

- средства коммутации и передачи собранных данных по каналам связи, образующие систему связи для передачи собранных данных в подсистему выработки управлений:

- средства обеспечения заданной надежности подсистемы.

требованиям:

- заданная точность представления собираемых данных;

- заданное быстродействие (время одного цикла сбора данных);

- заданный формат представления собранных данных;

- заданная форма представления данных для передачи в канал связи;

- поддержка заданных протоколов для взаимодействия с подсистемой выработки управлений.

Средства коммутации должны обеспечить заданные структуру и параметры системы связи для передачи собранных данных. Следует отметить, что для передачи данных возможно, при соблюдении требований безопасности, использовать общедоступные каналы связи, например Интернет провайдеров или каналы связи Операторов связи данного региона.

Подсистема должна быть ориентирована на изменения в структуре сети связи, типов каналов связи (проводные, радио, спутниковые) и одновременную работу разнотипных каналов связи.

Надежность подсистемы обеспечивается резервированием средств сбора и передачи данных.

соответствующего профиля стандартов для данной подсистемы.

Подсистема выработки управлений предназначена для сбора информации о состоянии транспортной сети, вычисления требуемых в зависимости от состояния управлений, выдачи управлений на средства управления, а также сбора и обработки статистики о состоянии сети, классификации состояний, ведения журналов регистрации состояний и управлений.

Подсистема включает:

- аппаратно-программные средства для сбора данных;

- аппаратно-программные средства обработки данных и вычисления управлений;

- аппаратно-программные средства для поддержания заданного уровня надежности подсистемы;

- аппаратно-программные средства для передачи управлений на средства управления.

Все аппаратно-программные средства подсистемы должны соответствовать профилю стандартов на подсистему.

Аппаратно-программные средства для передачи управлений на средства управления должны обеспечивать заданные формы представления данных и заданные форматы данных.

Аппаратно-программные средства для передачи управлений на средства управления также должны обеспечивать возможность работы в защищенном режиме при использовании общедоступных каналов связи.

Аппаратно-программные средства обработки данных и вычисления управлений должны обеспечивать обработку данных, поступающих из подсистемы сбора данных, в соответствии с их представлением (дискретные сигналы, цифровые данные, текстовый формат, аудио данные, мультимедийные данные).

Программное обеспечение для вычисления управлений должно проводить вычисления в режиме реального времени, масштаб которого устанавливается в зависимости от состояния транспортной сети и может меняться в течение суток.

Подсистема должна позволять операторам осуществлять «ручное управление» в случае особых состояний транспортной сети (перекрытие улиц, выход из строя средств управления, непредвиденные состояния сети и т.д.).

Подсистема должна быть масштабируемой и обеспечивать возможность введения новых элементов транспортной сети, новых средств управления и новых средств сбора данных, а также функционировать при выходе из строя части средств сбора данных и управления.

Надежность подсистемы обеспечивается резервированием аппаратнопрограммных средств и каналов связи, возможностью миграции и исполнения программных средств на различные аппаратные средства.

Подсистема должна обеспечивать операторам возможность тестирования и проверки работоспособности средств, входящих в состав подсистем сбора и передачи информации и реализации управлений.

Подсистема реализации управлений предназначена для исполнения управлений, поступающих из подсистемы выработки управлений.

Подсистема включает:

- средства управления (исполнительные устройства);

- каналы связи между исполнительными устройствами и подсистемой выработки управлений;

- средства обеспечения заданной надежности подсистемы.

Средства управления должны удовлетворять следующим требованиям:

- заданное быстродействие (время реакции на поступившее управляющее воздействие);

- заданный формат получаемых данных;

- заданная форма представления получаемых данных;

- поддержка заданных протоколов для взаимодействия с подсистемой выработки управлений.

Для данной подсистемы также должен быть разработан профиль стандартов.

При соблюдении требований безопасности возможно подключение исполнительных устройств к защищенным общедоступным каналам связи.

Подсистема должна быть ориентирована на изменения в структуре сети связи, типов каналов связи.

2.3.3. Варианты структурных решений системы управления Важное значение для практической реализации каждого метода управления имеет структура системы управления. Возможны два варианта: централизованная и распределенная структуры, представленные на рисунках 2.3 и 2.4.

Первый вариант (рисунок 2.3) предусматривает наличие одного центра обработки, куда приходит вся информация о состояниях системы (элементов транспортной сети) и где вычисляются управления, передаваемые затем на исполнительные устройства.

Достоинствами такого решения являются:

- возможность вычисления управлений с учетом всех параметров транспортной сети и ее элементов, всех параметров состояний сети и ее элементов, что позволяет принимать более точные решения, оптимальные в глобальном смысле, т.е. для всей транспортной сети;

- простота аппаратной и программной реализации.

Недостатки решения:

- необходимость центра управления с очень высокой вычислительной мощностью;

- зависимость надежности работы всей системы управления от надежности работы центра обработки;

- большая суммарная длина каналов связи.

Второй вариант (рисунок 2.4) предусматривает наличие нескольких центров обработки, куда поступают данные из отдельных подсистем управления и где вычисляются управления для каждой подсистемы. Здесь каждая подсистема управления соответствует своему составному элементу транспортной сети.

Достоинствами такого решения являются:

- значительное снижение размерности задач управления;

возможность применения вычислительных устройств невысокой производительности в каждом центре обработки;

- небольшая суммарная длина каналов связи системы;

- возможность параллельной обработки информации в нескольких центрах обработки.

Рис. 2.3. Пример централизованной системы управления Рис. 2.4. Пример распределенной системы управления Недостатки решения:

- необходимость разработки математических моделей, предусматривающих распределенную обработку данных;

- необходимость согласования управленческих решений, принимаемых в разных центрах обработки;

- необходимость предварительной декомпозиции системы управления, пространства состояний и транспортной сети;

- необходимость синхронизации работы подсистем управления по времени и согласования по критериям качества управления.

Выбор решения при создании системы зависит от таких факторов как ее масштаб, территориальная распределенность транспортной сети, число источников данных и исполнительных устройств, а также требований к времени принятия решений и ограничений по стоимости.

2.4. Технические средства системы управления исполнительных устройств [19, 26, 50, 52, 93].

Средства сбора информации должны давать возможность собирать требуемые данные о состоянии системы, а исполнительные устройства отрабатывать управления, выдаваемые центром обработки.

2.4.1. Средства сбора данных о состоянии транспортной сети Для получения информации о состоянии сети используется большое количество разнообразных средств измерения интенсивности транспортных потоков, плотности движения, загрузки транспортных магистралей [52, 109, 123].

Это, как правило, отдельные датчики, камеры и прочие средства для проведения локальных измерений, что является основным недостатком этих средств, поскольку для формирования полной картины состояния транспортной сети требуется обработка получаемой от этих средств информации, временная синхронизация их работы.

Системы фото\видеофиксации характеристик транспортного потока:

Хабаровскуправтодор Хабаровского края, ФГУ Дальуправтодор Федерального дорожного агентства и МУП г.Хабаровска «НПЦ ОДД» эксплуатируются элементы системы фото\видеофиксации характеристик транспортных потоков.

Существуют стационарные технические рубежи фиксации в количестве 9 ед., расположенные на магистральных направлениях, так-же используются передвижные устройства в количестве 9 ед. Кроме этого на многих рекламных конструкциях присутствуют муляжи устройств. В наличии 4 мобильных комплекса фиксации нарушений правил парковки системы «Паркон». Полный перечень эксплуатируемых систем, по состоянию на второе полугодие 2013 года, представлен ниже (Таблица 2.2).

автоматического распознавания регистрационных номеров и дистанционного контроля транспортного потока.

ООО "СИМИКОН") - предназначен для автоматического выявления нарушений скоростного режима с возможностью передачи данных по каналам связи на сервер центра обработки данных (ЦОД). Отличительная особенность фоторадарного комплекса "Кордон"– одновременный контроль всех целей на 4-х полосах движения в обоих направлениях.

(производство ООО "СИМИКОН")– предназначен для контроля скоростного режима с автоматической фотофиксацией нарушений ПДД и передачи информации в центр обработки данных. Комплекс позволяет формировать базу данных нарушителей и автоматически распознавать государственные регистрационные знаки ТС, зафиксированные в зоне контроля.

Таблица 2.2 - Технические средства измерительного уровня под системы типа КРИСС «Паркон» (производство ООО "СИМИКОН") – уникальная технология автоматического контроля правил парковки и других нарушений ПДД. В основе этой технологии – видеофиксатор, установленный в патрульном автомобиле, и рабочая станция, на которой выполняется обработка видео.

Система «Интегра-КДД» (производство Консорциум Интегра-С) предназначена для информационно-технологического и аналитического обеспечения процесса контроля за движением автотранспорта на перекрёстах, регулируемых пешеходных переходах и автотрассах, оперативного анализа дорожной ситуации и доведения требуемой информации до пользователей, обладающих правом доступа.

Система Телеобзора – предназначена для визуального контроля состояний транспортных потоков и безопасности дорожного движения в режиме реального времени и видеоархива.

Основные возможности данных систем представлены ниже в таблице 2.3.

транспортного потока представлено на рисунке 2.5.

Таблица 2.3 - Основные функции и возможности систем Измерение скорости и фотографирование автомобилей в зоне контроля, внесение в кадр значения зафиксированной скорости движения, даты, времени и места фиксирования, направления движения и другой дополнительной информации.

Автоматическое распознавание государственных регистрационных знаков программно-аппаратными средствами Возможность работы в ночное время суток благодаря встроенной Розыск автомобилей находящихся в базе данных ГИБДД Автоматическое фиксирование факта выезда на полосу спутникового наблюдения за состоянием транспортной сети. Достоинством подобных систем является возможность получения как глобальной информации о состоянии всей сети, так и локальной информации о состоянии отдельных элементов транспортной сети. Кроме того применение подобных систем позволяет:

- получать информацию и собирать статистику о конкретных транспортных средствах, что позволяет выявлять наиболее вероятные маршруты их движения, прогнозировать загрузку элементов транспортной сети;

- оперативно выявлять особые состояния сети, требующие «ручного управления»;

- оперативно отслеживать результаты управления.

2.4.2. Использование спутниковых навигационно-информационных Спутниковые системы являются перспективной альтернативой известным техническим средствам фиксации состояний транспортной системы, поскольку дают возможность оценивать состояние как детально, так и в целом без необходимости предварительной синхронизации данных, поступающих от различных источников. В связи с этим спутниковые системы становятся неотъемлемой частью интеллектуальных систем управления – ИТС.

Кроме того спутниковые системы имеют практически неограниченные возможности по масштабированию наблюдаемых участков транспортной сети.

Наибольший эффект применение спутниковых систем позволяет получить при решении задач оперативного управления транспортной системой.

Рис. 2.5. Расположение рубежей систем фиксации параметров транспортного потока по городу Хабаровск Наиболее значимыми являются задачи диспетчеризации - оперативного контроля и управления из единого центра перемещениями транспорта, грузов, объектов в рамках одной или нескольких организаций, необходимый для координаций действий всех участников. С появлением возможностей современных систем, базирующихся на глобальных навигационных сервисах, меняется сам подход к смыслу и процессу диспетчеризации.

В настоящие время необходимо менять бизнес-процессы предприятий.