35 УДК 656.11 РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОГО ПАКЕТА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ О ПАРАМЕТРАХ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА В.В. Шамяков, студент, Л.С. Зубович, студент, БНТУ Аннотация. Рассматриваются вопросы определения показателя интенсивности движе- ния, который зависит от количества замеров и их продолжительности, а также оценки погрешности. Ключевые слова: дорожное движение, параметры транспортного потока, интенсивность движения транспортных потоков, оценка погрешности, методы проведения замеров, параметры распределения. Введение Для оптимизации организации дорожного движе- ния необходимо получение целого ряда исходных данных, которые можно разделить на две основ- ные группы [1, 2]: – исходные данные, непосредственно характери- зующие исследуемый объект или участок. К ним от-носятся параметры, характеризующие интен- сивность движения и характеристики условий движения. Эти данные могут быть либо заданы, либо получены экспериментальным путем; – исходные данные, относящиеся к общим харак- теристикам задержек в дорожном движении. Эти данные приведены в методиках в виде справочно- го материала, но для их получения и корректиров- ки необходимо проведение серьезных исследова- ний. Анализ публикаций Многочисленными исследованиями установлен факт взаимосвязи аварийности и интенсивности движения транспорта и пешеходов. Эта зависи- мость является статистической и характеризуется ростом аварийности с увеличением интенсивности движения [3, 4]. Цель и постановка задачи В статье мы остановимся на одном из боле значи- мых параметров – интенсивности движения. Для построения адекватной математической моде- ли аварийности в дорожном движении правиль- ный учет влияния интенсивности имеет особо важное значение. Погрешность определения показателя интенсив- ности движения зависит от количества замеров и их продолжительности. Таким образом, получение достоверной информа- ции об интенсивности движения невозможно без оценки погрешности, допускаемой при нахожде- нии показателя интенсивности, и выбора адекват- ного режима проведения замеров. Для решения указанной задачи были проведены экспериментальные и теоретические исследова- ния. Проведение эксперимента Экспериментальная часть работы состояла в заме- рах интенсивности движения транспорта в г. Мин- ске по ул. Кнорина на участке между ул. Толбухи- на и ул. Белинского. Замеры проводились на протяжении декабря и первой половины января месяца. Для того чтобы исключить влияние систематиче- ской погрешности, связанной с измерением интен- сивности в течение недели, замеры выполнялись каждую неделю в один и тот же день. Интервал времени, в пределах которого проводились на- блюдения, составлял 12 часов: с 9 до 21 часа. За- меры выполнялись каждый час таким образом, что начинались за 5 мин до окончания текущего часа и заканчивались через 10 мин после начала следую- щего. Например, начало замеров в 8.55, оконча- ние – в 9.10. В результате длительность каждого опыта (от на- чала первого замера и до окончания последнего) составляет 15 мин. Продолжительность отдельно- го замера в пределах опыта равна 1 мин. Все транспортные средства, проехавшие в течение ми- нуты через поперечное сечение дороги, фиксиру- ются в соответствии с их категорией и направле- нием движения. Такая методика проведения замеров позволяет по- лучить ежеминутную интенсивность движения тра-нспорта в пределах каждого пятнадцатими- нутного опыта. Поскольку опыты проводятся каж- дый час, их количество определяется продолжи- тельностью наблюдений: при двенадцатичасовом режиме наблюдений 13 опытов. Всего было проведено 7 наблюдений, по одному в неделю каждый четверг. Для организации базы данных, полученных в ходе эксперимента, разра- ботана специальная компьютерная программа. Обработка результатов Оценка показателя интенсивности движения и оценка погрешности его определения осуществля- ется в зависимости от режима проведения замеров. В качестве возможных показателей интенсивности движения рассматривались средние величины, ко- торые определялись одним из методов: – традиционно используемое среднее арифметиче- ское; – параболическое среднее, т.е. среднее значение по-линома, посредством которого аппроксимиро- валась реализация случайной зависимости интен- сивности движения от времени суток; – интегральное среднее – среднее значение опре- деленного интеграла, полученного в результате численного интегрирования интенсивности дви- жения по времени методом Симпсона. Расчеты показателей интенсивности движения проводились по специально разработанной ком- пьютерной программе, которая использует базу данных по интенсивности движения и составляет единый пакет вместе с программой формирования базы данных. Помимо показателей интенсивности движения программа выдает коэффициенты аппроксими- рующего полинома, полную и остаточную диспер- сии, значение критерия Фишера и коэффициент детерминации. Программа позволяет проводить расчеты по любому числу опытов в пределах их количества, определяемого продолжительностью наблюдений. При этом из принятого числа опытов можно учитывать как все опыты подряд, так и де- лать выборку через один опыт, через два и т.д. Вычисление среднего значения интенсивности движения на протяжении одного опыта может проводиться по различному количеству замеров в пределах их максимального числа. Все расчетные исследования выполнялись с ис- пользованием разработанного пакета программ. Прежде всего был выбран порядок параболы, ап- проксимирующей опытные данные. Применение критерия Фишера позволяет сделать вывод о возможности использования в качестве аппроксимирующего полинома параболы второй или третьей степени. В дальнейшем параболиче- ское среднее рассчитывается применительно к па- раболе второй степени. На следующем этапе исследования изучалось влияние режима проведения замеров на погреш- ность определения показателей интенсивности движения. Для этого рассчитывались значения по- казателей интенсивности при различных сочета- ниях количества опытов и числа точек осреднения интенсивности в пределах опыта. Были проведены замеры интенсивности по време- ни. Максимально рассматривалось 13 замеров, ко- торые отбирались из сформированной базы дан- ных в интервале наблюдений от 9 до 21 часа, т.е. продолжительность наблюдений составляла 720 мин. Из этой последовательности замеров дела- лась выборка через 1, через 2, через 3 и через 5 за- меров, в результате чего получились последова- тельности из 7, 5, 4 и 3 замеров соответственно. Внутри каждой последовательности интервалы между соседними замерами постоянны. Предвари- тельными расчетами было установлено, что ис- пользование последовательностей из 3 и 4 замеров приводит к большим погрешностям определения показателей интенсивности, поэтому в дальней- ших исследованиях использовались последова- тельности из 5, 7 и 13 замеров. В пределах каждой последовательности замеров показатели интен- сивности рассчитывались при 2, 5, 10 и 15 точках (замерах) осреднения интенсивности. Поскольку продолжительность составляет 1 мин, задаваемая в расчетах продолжительность замера в минутах численно равна количеству замеров, по которым проводится осреднение, т.е. 2, 5, 10 и 15 мин. Такие расчеты показателей интенсивности выпол- нялись для каждого из 7 наблюдений. Погреш- ность определения показателя интенсивности вы- числялась по отношению к его значению, полу- ченному при использовании последовательности из 13 опытов и длительности опыта 15 мин. По- скольку показатели интенсивности движения, а значит и их относительные погрешности, являют- ся случайными величинами, то были определены верхние доверительные границы относительных погрешностей. На рис. 1 показаны зависимости верхней довери- тельной границы относительной погрешности 36 среднего арифметического от продолжительности опыта при 5, 7 и 13 опытах. Рис. 1. Верхние доверительные границы по- грешности среднего арифметического Из графиков следует, что при продолжительности опыта менее 4–5 мин число опытов не оказывает определенного влияния на величину погрешности. Одинаковые значения погрешности показателя ин- тенсивности движения можно получить при раз- личных сочетаниях числа опытов и их продолжи- тельности. Например, верхняя доверительная гра- ница погрешности, не превышающая 15%, дости- гается при 13 опытах продолжительностью 5 мин каждый, либо при 5 опытах продолжительностью по 15 мин. Погрешность до 10% может быть получена в слу- чае проведения 13 десятиминутных или 7 пятна- дцатиминутных опытов. Точечная диаграмма, представленная на рис. 2, отражает связь погреш- ности среднего арифметического с общей продол- жительностью замеров (надежность оценки 90%, доверительная вероятность 90%). Рис. 2. Зависимость погрешности от общей продолжительности замеров Общая продолжительность замеров Тз представля- ет собой произведение числа опытов на продол- жительность опыта. Как видно из рис. 2, почти все точки диаграммы располагаются вблизи некото- рой кривой. Это означает, что в диапазоне приня- тых значений числа и продолжительности опытов погрешность показателя интенсивности движения зависит, главным образом, от общей продолжи- тельности замеров. Выброс точки Тз = 26 мин и N = 13, соответствующей продолжительности опыта 2 мин, лишний раз свидетельствует о том, что та- кая длительность опыта недопустима. Указанный график позволяет определить требуемую продол- жительность опыта в зависимости от числа опытов или наоборот, при заданной погрешности расчета. Для получения погрешности среднего арифмети- ческого, не превышающей, например, 10%, общая продолжительность замеров должна быть не менее 110 мин, т.е. при 5 опытах длительность каждого из них составит 22 мин. Разработана компьютерная программа, которая позволяет формализовать ввод исходных данных и их обработку для производства последующих ин- женерных расчетов (рис. 3). Рис. 3. Диалоговое окно ввода интенсивности дви- жения Для устранения последствий неправильного (оши- бочного) ввода данных в программе предусмотре- на возможность возврата предыдущего исполне- ния («BACK», а затем «NEXT»). После заверше- ния ввода данных происходит расчет с автомати- ческим запросом на сохранение выводной инфор- мации, которую можно сразу же просмотреть. При необходимости определения потенциальной опас- ности в другой конфликтной точке экран про- граммы обновляется автоматически с сохранением ранее введенной информации, и происходит но- вый ввод информации или корректура ранее вве- денной. 37 Данные о результатах работы программы, которые автоматически сохраняются и могут выводиться на печать, содержат исходные данные с именами соответствующих переменных, под которыми они используются в программе, и данные о результа- тах расчета на исследуемом объекте. Компьютерная программа позволяет обрабатывать данные об интенсивности движения самостоя- тельно либо в среде «Krest Inp», осуществляя от- рисовку картограммы интенсивности движения, диаграммы состава транспортного потока и не- равномерности интенсивности (рис. 4). Компью- терная программа имеет определенный коммерче- ский потенциал и позволяет сформировать банк исходных данных по характеристикам транспорт- ных потоков, условиям движения и статистике аварийности на исследуемых объектах. Рис. 4. График неравномерности движения Созданная компьютерная программа позволяет ав- томатизировать ввод, обработку и систематиза- цию исходных данных для дальнейших оптимиза- ционных расчетов параметров светофорного цик- ла, что резко снижает трудозатраты и время на прогнозирование, и позволяет внедрить в практику организации движения усовершенствованный ме- тод прогнозирования и повысить безопасность движения на регулируемых перекрестках. Выводы Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: - длительность одного опыта должна быть не ме- нее 5 мин; - число опытов и длительность каждого опыта сле- дует выбирать таким образом, чтобы общая про- должительность замеров обеспечивала необходи- мую точность расчета. При общей продолжитель- ности замеров 75 мин можно получить погреш- ность среднего арифметического не более 16% при доверительной вероятности 90%; - в качестве показателя интенсивности движения можно принимать среднее арифметическое значе- ний интенсивностей, полученных в каждом опыте. Литература 1. Врубель Ю.А. Потери в дорожном движении. – Мн: БНТУ, 2003. – 306 с. 2. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. – М.: Тpанспоpт, 1988.– 288 с. 3. Организация движения / Метсон Т.Н. и др. / Пер. с англ. – М.: Автотрансиздат, 1960. – 463 с. 4. Романов А.Г. Дорожное движение в городах: закономерности и тенденции. – М.: Транс- порт, 1984. – 80 с. 5. Автомобильные перевозки и организация до- рожного движения: Справочник / Пер. с англ. В.У. Рэнкин и др. – М.: Транспорт, 1981. – 592 с. 38