Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Тихонов В.А. 1 Белов В.В. 1 Артемьев В.С. 1

---

1 Чувашская государственная сельскохозяйственная академия

Рассмотрены вопросы применимости базовых моделей транспортного потока для решения актуальных проблем экологии окружающей среды и развития экономики государств. В Российской Федерации ущерб от загрязнений атмосферы, шума, воздействия на климат от автотранспорта в настоящее время составляет 2–3 % всего валового продукта. Проблемы, которые создает автотранспорт, существует не только в Российской Федерации, но и во всем мире. На конференции ООН еще в 1992 году была принята Повестка дня на XXI век – документ, в котором транспорт рассматривался как отрасль, которой необходимо уделить пристальное внимание, чтобы обеспечить устойчивое развитие человечества. Для решения проблем связанных с транспортом исследователи осущестляют наблюдения и проводят различные эксперименты с транспортными потоками. В результате появилось немало разработанных базовых моделей транспортного потока. Но все они не решают вопросы негативной стороны использования автотранспорта. В них не устанавливается взаимосвязь параметров отдельного транспорта, его режимов работы с параметрами всего транспортного потока. Поэтому невозможно рассчитать оптимальные параметры транспортного потока, для решения описанной выше проблемы. Приведены результаты исследования этих вопросов.

Статья в формате PDF

1085 KB

выхлопные газы

экология

транспорт

математические модели

транспортные потоки

1. Колосов С.П.,. Возрождение автостроения России – импульс к устойчивому развитию экономики / Д.В. Лукина, В.А. Алексеев // Материалы МНПК «Современное состояние прикладной науки в области механики и энергетики». – Чебоксары: ФГБОУ ВО «Чувашская ГСХА», 2016. – С. 439 – 451.

2. Григорьев В.Г. Реконструкция энергохозяйства отдельных моногородов России / В.С. Артемьев, В.А. Алексеев, Н.В. Павлова // Сборник научных трудов Региональная энергетика и электротехника. – Чебоксары: Изд-во Чувш. ун-та, 2010. – С. 75–78.

3. Алексеев В.А. Развитие методов интеллектуального анализа в интеграции с моделями систем диспетчеризации энергосберегающего оборудования / С.П. Колосов // Автоматизация и IT в энергетике. – 2013. – №11 (52). – С. 35 – 42.

4. Зайцев П.В. Оценка эффективности функционирования кормоприготовительного оборудования в молочном животноводстве // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. Мосоловские чтения: материалы международной научно-практической конференции. – Йошкар-Ола: Мар. Гос. Ун-т, 2013 – вып. XV. – С. 335 – 337.

5. Алексеев В.А. Аспекты стратегического развития синергетического эффекта реальной экономики при модернизации энергохозяйства прообразов моногородов / В.А. Тихонов // Материалы МНПК «Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК» 20–21 октября 2015 г. – Чебоксары. – С. 54 – 58.

Транспортный поток представляет собой совокупность движущих средств. Загрязнения от автотранспорта негативно влияет на здоровье человека и окружающую среду. Среди негативного влияния особое значение имеет: загрязнение воздуха (окислами углерода СО, углеводородами СmНn, окислами азота (NO, NO2), соединениями свинца, канцерогенными веществами, сажей, альдегидами, которые могут сократить продолжительность жизни до 9 лет); шумовые загрязнения (приводят к нарушению сна, развитию гипертонии и ишемической болезни сердца, снижают производительность труда, что может сократить продолжительность жизни до 12 лет). В 2000 г. в Российской Федерации автотранспорт выбросил в атмосферу 11824,2 тыс.т. выхлопных газов. В тоже время без транспорта не может обойтись экономика любой страны. Чтобы как-то уменьшить негативное влияние транспорта на окружающую среду, исследователи всего мира стремятся найти оптимальное движение транспортного потока и самого транспорта с целью уменьшения выхлопных газов, энергосбережения и других ресурсов. В результате наблюдений и обобщения таких исследований строятся математические модели транспортного потока. Математические базовые модели транспортного потока, это те модели, которые являются фундаментальными. Базовые модели с течением времени модифицируются, путем уточнения или незначительного добавления параметров (факторов). Добавление, уточнение параметров фундаментальных моделей транспортного потока увеличивает разнообразие, создает дочерние модели, делает их более адекватными [1, 2, 3, 4, 5]. На рис. 1 показана классификация основных базовых моделей транспортного потока:

Базовые модели транспортного потока

Рассмотрим эти модели более подробно.

1. В Микроскопических моделях транспортного потока оперируют элементами потока – следующими друг за другом транспортные средства, которые имеют характерные физические параметры. Элемент потока реализуется на основе его физического представления. До предела упрощенную (условно) микроскопическую модель транспортного потока можно представить, например, в виде равенства (1):

, (1)

где Nqmax – максимально возможная интенсивность транспортного потока; A – коэффициент размерности (для согласования левой и правой части уравнения); Va – средняя скорость транспортного потока; Ld – средняя динамическая длина транспорта.

Именно в таком виде часто можно найти в литературе эту модель. Но если участь, что параметры Va и Ld относятся к характеристикам транспортного потока в целом, то лучше ее отнести к макроскопической модели транспортного потока.

2. Макроскопическая модель (не имеет элемент потока) основывается на уравнении неразрывности, которая описывает постоянство количества жидкости, притекающей через трубу. Базовую модель можно представить, например, в виде уравнений (2):

, (2)

где Na – интенсивность транспортного потока; Va – скорость потока; qa –плотность транспортного потока; qa max – плотность транспортного потока при заторе.

Базовая модель может иметь и другой вид по аналогии с жидкостью, включающая факторы состояния среды, в которой движется поток, состояние дороги и даже водителей.

3. Детерминированная модель – модель, в которой имеется функциональная однозначная зависимость между отдельными показателями функции. Модель (1) часто называют детерминированной. В реальности входящие составляющие модели Va, Ld являются вероятностными (стохастическими). И сама модель больше относится к стохастической. Микроскопическая детерминированная модель должна строиться на основе физического представления транспортного средства, где имеются конкретные связи между параметрами элемента транспортного потока и всего транспортного потока. В модели (1) этого нет. В связи, с чем модель (1) назвали условно микроскопической детерминированной (на рисунке показана пунктирная стрелка). Микроскопические детерминированные модели в основном разрабатывались в науке человечества в XVII, XVII и XIX веках, а в XX, XXI их появляется относительно крайне мало. В то же время, в частности микроскопическая модель транспортного потока, нужна для глубокого понимания и расчетов транспортных потоков с целью экологической безопасности.

4. Базовые вероятностные (стохастические) модели часто строятся на известных («стандартных») зависимостях, например на уравнении (распределении) Пуассона (для однородного потока машин)

, (3)

где Pn(t) вероятность проезда n-го числа автомобилей за время t; Na – основной параметр распределения (интенсивность транспортного потока) авт./с; t – длительность отрезков наблюдения, с; n – число наблюдаемых транспортных средств.

Сравнительная характеристика моделей транспортного потока

Для смешанного транспортного потока (грузовые, легковые и т.д.) рекомендуется использовать уравнения гамма-распределение Пирсона III типа или распределение Эрланга. Описанные выше вероятностные модели в основном используют как однофакторные.

Для построения многофакторных стохастических моделей лучше всего использовать регрессионные модели. Например, простейшая многофакторная модель транспортного потока представлена формулой (4):

Na = A1 Val +A2 qa, (4)

где Na – интенсивность потока; Val – скорость потока; qa – плотность транспортного потока; А1, А2 – постоянные коэффициенты определяются методом регрессионного анализа из полученных экспериментальных данных.

Многофакторные (стохастические) модели более сложного вида в определенном интервале факторов могут давать достаточно точное описание транспортного потока, но не позволяют решить важнейшие проблемы, связанные с экологией и экономикой.

Макроскопические модели бывают только вероятностными.

Есть много моделей транспортного потока, которые появились (особенно за рубежом) буквально в течение последних нескольких десятилетий в связи с развитием вычислительной техники и программных средств (например, модели, построенные на основе объектно-ориентированного программирования). Такие модели в этой статье не рассматриваются.

Библиографическая ссылка