Актуальность проблемы
В последние годы движение автотранспорта в городе Москве затруднилось. Столица оказалась не готова к ежегодному приросту автопарка на 300 - 400 тыс. автомобилей. Возникли многочасовые пробки на основных магистралях города, значительно ухудшилась экологическая ситуация.
Таким образом, возникла настоятельная необходимость в разработке мер по увеличению пропускной способности улиц города. Такие работы требуют привлечения большого числа различных специалистов и серьезных капиталовложений. Условно можно выделить следующие этапы работ:
1. Измерение параметров транспортных потоков (съёмка транспортных потоков);
2. Анализ транспортных потоков с привлечением дополнительной информации по дорожной сети (геометрические характеристики автомагистралей, материал дорожного покрытия, степень износа и т.д.);
3. Оптимизация дорожной сети с учетом прироста интенсивности движения и увеличения экологической нагрузки на прилегающую территорию;
Для успешного функционирования дорожной сети города необходимо проводить подобные работы постоянно и с учетом динамически меняющейся ситуации в рамках системы "Эксплуатационного мониторинга дорожных сетей".
Комплексное решение проблем оптимизации дорожной сети возможно только на основе современных компьютерных технологий, к которым относятся Географические информационные системы. ГИС оперативно обработает и отобразит все доступные данные, относящиеся к интересуемому объекту. ГИС как система сбора, хранения, анализа пространственной и связанной с ней атрибутивной информации, включает в себя электронную карту и базу данных. Постепенно насыщаясь информацией, ГИС позволит расширить границы применения системы. Например, даст возможность навигации сторонним организациям (служба скорой медицинской помощи, пожарная служба и др.), проводить паспортизацию дорожной инфраструктуры и многое другое.
В настоящем предложении более подробно рассмотрены способы измерения параметров транспортных потоков для создания системы "Мониторинга транспортных потоков".
Под мониторингом транспортных потоков подразумевается система наблюдений, проводимых в пространстве и во времени, и направленных на достижение следующих целей:
Установление фактических параметров транспортных потоков и их изменение в пространстве и во времени;
Выявление неблагоприятных тенденций и идентификация связанных с ними проблем;
Вскрытие причин упомянутых явлений;
Разработка предложений по оптимизации и расширению транспортной сети.
Основой любой системы мониторинга является информация о характеристиках объектов наблюдения. Для мониторинга значимыми являются следующие свойства транспортных потоков:
Плотность потока;
Скорость потока;
Интенсивность движения.
Эти свойства изменяются в зависимости от времени года, дней недели, времени суток.
Последние полномасштабные исследования по измерению транспортных потоков в Москве проводились в 1987 году. С тех пор ситуация на автодорогах значительно изменилась, поэтому необходимо заново произвести анализ пропускной способности дорожной сети. Получение новой информации, является самостоятельной задачей, пути решения которой и приведены ниже.
Краткая характеристика основных методов измерения транспортных потоков
Существует несколько способов измерения параметров транспортных потоков. Условно их можно подразделить на два вида:
1. Традиционные методы
o Регистрация проходящего автотранспорта людьми операторами на каждом перекрестке.
Практически все исследования до сих пор проводились методом расстановки операторов на перекрестках. При этом, человек должен регистрировать интенсивность транспортного потока и заносить свои наблюдения в журнал. Для полного охвата города необходима одновременная работа порядка трех тысяч операторов. Сведения затем заносятся в единую базу данных и обрабатываются.
На точность влияет, так называемый, "человеческий фактор" - квалификация оператора, усталость, невнимательность и т.п., приводящий к ошибкам и некоторому искажению реальной ситуации. Повторное снижение точности происходит на этапе ввода информации в базу данных.
Весь цикл работ по регистрации и наполнению базы данных необходимо проводить регулярно несколько раз в год для изучения зависимости свойств транспортных потоков от различных временных циклов. Таким образом необходимо содержать большой штат операторов в течение всего года.
o Регистрация при помощи различных датчиков, установленных на каждом перекрестке
Оперативность получаемой информации, а также точность измерений повышаются за счет автоматической регистрации, автоматической передачи данных в центр обработки, и минимизации влияния "человеческого фактора". Единовременные затраты на установку датчиков, развитие инфраструктуры связи с центром обработки довольно высоки. Но эксплуатация системы обходится дешевле, чем в предыдущем методе.
o Опрос работников автотранспортных предприятий.
Этот метод позволяет достаточно быстро на качественном уровне оценить наиболее напряженные участки дорожной сети.
2. Методы дистанционного зондирования
Основаны на бесконтактном способе изучения поверхности Земли и совокупности всевозможных объектов находящихся на ней.
o Стерео аэрофотосъемка местности;
o Космическая съемка местности.
Обоснование выбора оптимального пути решения задачи
Результатом первого этапа работ будет являться электронная карта дорожной сети города Москвы с привязанной базой данных по параметрам транспортных потоков.
Постановка задачи.
Система должна решать задачи оптимизации транспортных потоков учитывая следующие факторы:
Рельеф местности;
Плотность транспортного потока;
Параметры автомобильной магистрали;
Характеристики различных объектов инфраструктуры;
Характеристика прилегающей территории;
Ведомственной принадлежности различных объектов;
Экологическая обстановка вокруг автодорог, оценка влияния транспорта на ее изменение;
На основании собранных материалов, также можно оптимизировать проектирование новых автомагистралей.
Основные концепции:
Использование дистанционных методов зондирования поверхности земли для получения первичной информации(таких как космосъемка и стерео аэрофотосъемка);
Точная привязка опознавательных знаков с помощью приборов системы спутниковой навизации (приемники GPS и ГЛОНАСС);
Заверение получаемых результатов традиционными методами, на контрольных участках;
Компьютерная обработка данных в системе эксплуатационного мониторинга дорожной сети:
Создание цифровой модели местности (ЦММ) по стерео аэрофотосъемке территорий, прилегающих к автодорогам.
Дешифрирование аэроснимков (идентификация и подсчет объектов).
Создание ГИС проекта дорожной сети (по результатам обработки первичной информации и данных полученных от других источников.)
Анализ сетевой структуры дорожной сети (на базе ГИС)
Анализ плотности транспортных потоков на различных участках дорожной сети;
Анализ степени изношенности различных участков дорожной сети (ДС)
Анализ экологической обстановки ДС;
Оптимизация ДС;
Определение расположения датчиков регистрации транспортных потоков
Этапы работ по созданию системы эксплуатационного мониторинга на эталонном участке.
Анализ существующего оборудования и програмного обеспечения
1. Разработка технических предложений;
2. Разработка технического задания;
3. Выбор эталонного участка (например ДС в пределах Садового кольца);
4. Выбор оборудования для проведения аэрофотосъемки;
5. Выбор исполнителя аэрофотосъемки;
6. Выбор оборудования и програмного обеспечения для обработки аэрофотоснимков;
7. Выбор приемников системы спутниковой навигации;
8. Выбор контрольных участков для исследования традиционными методами;
9. Отбор оборудования для традиционных методов;
10. Выбор програмного обеспечения для ведения ГИС-проекта, а также анализ вспомогательного ПО (навигационные системы, способные решать частные задачи и др.);
Оценка состояния дорожной сети по часам суток
1. Разработка технических предложений;
2. Разработка технического задания;
3. Проведение аэрофотосъемки:
o часы пик
o дневные часы
o ночью
4. Исследование контрольных площадей;
5. Обработка стерео аэрофотосъемки;
6. Создание цифровой модели местности крупного масштаба (1:200, 1:500);
7. Создание ГИС-проекта дорожной сети (ДС);
8. Распределение нагрузки ДС на основе ЦММ;
9. Анализ сетевой структуры ДС и транспортных потоков во времени;
10. Анализ состояния ДС;
11. Анализ экологической обстановки по часам суток.
Предложения по оптимизации ДС
1. Разработка технических предложений;
2. Разработка технического задания;
3. Предложения по оптимизации ДС с учетом транспортных потоков;
4. Предложения по оптимизации ДС с учетом уменьшения степени экологического риска;
5. Определение расположения датчиков измерения плотности транспортных потоков;
Основные исполнители (кафедры):
- Геодезии - обработка аэрофотосьемки и создание цифровой модели местности;
- Изысканий и проектирования дорог - анализ сетевой структуры ДС;
- Дорожно - строительных материалов - анализ степени изношенности ДС;
- Мостов и транспортных тоннелей;
- Строительства и эксплуатации дорог;
- Автомобильных перевозок - анализ транспортных потоков;
- Автоматизированных систем управления;
- Организации и безопасности движения;
- Транспортных установок - разработка програмного обеспечения под ГИС, помощь в организации ГИС-пректа;
Предложения по кооперации на этапах:
- Цифровой модели местности.
1. Установка сервера Internet с картой ДС.
2. Выпуск CD карта ДС м. 1:500.
3. Разработка ПО для портативных ПК - (Навигатор).
· Распределение нагрузки ДС на основе ЦММ по часам суток.
§ Дополнение сервера Internet с картой ДС БД загрузка во времени.
§ Выпуск CD карта ДС м. 1:500 и траффик.
§ Разработка ПО для портативных ПК - (Оптимальный маршрут).
· Анализ экологической обстановки по часам суток.
§ Дополнение сервера Internet с картой ДС БД экология (SpAn).
§ Выпуск CD карта ДС м. 1:500 и экология.
§ Разработка ПО для портативных ПК - (Безопасный маршрут).
§ Оценка материальных и временных затрат
§ Дальнейшее развитие работ.
