В статье приведена модель, описывающая движение транспортных потоков на городских перекрестках. Анализируются скоростные показатели транспортных потоков. В заключительной части статьи описан проект программного продукта на основе разработанной модели.
Ключевые слова: клеточные автоматы, моделирование транспортных потоков, оптимальная скорость, математическая модель, случайное отклонение, скорость транспорта, транспортные потоки.
Көлік ағындарының теориясы көлік магистральдары бойынша қозғалыс ағындарының процессінің қамсыздандыруын зерттейді. Көлік өнеркәсібі мен автомобилизацияның дамуы нәтижесінде соңғы ондаған жылдар бойы, жүктерді тасымалдау және жолаушыларға қатысты мәселелерді шешуді қамтамасыздандырады. Алайда, автотұрақтарды қарқынды өсу динамикасы салдарынан автокөлік ағындарын басқару әсіресе, кей қалалардағы ағынды басқару желісін ұйымдастыру үшін қарапайым мұқтаждықты қамсыздандырылу қабілеті сұранысқа сай болмауы жыл сайын мәселе туғызады.
Қала аймағындағы автокөлік ағынын басқарудың дәстүрлі әдістері қарастылырлған. Қалалық аймақтағы көлік ағынын басқару негізгі құралына бағдаршамның реттеуі жатады. Қала жол желісінің негізгі түйіндері − жол қиылыстары. Көбінесе оларда жол төсемі ретінде пайдалануда ең көп шығын байқалады. Бүгінгі таңда бағдаршамның реттеуін қамсыздандыру үшін бір бағдарламалы, көп бағдарламалы, үйлестірілген реттеу, бейімделме басқару және интеллектуалды бағдаршам қолданылады. Осы басқару әдістерінің барлығы егжей-тегжейлі жазылған және олардың кемшіліктері көрсетілген. Жолаушыларды тасымалдауды ұлғайтудағы қоғамның қажеттіліктерін бағдаршамдық реттеуді қолдану арқылы қанағаттандыру мүмкіншілігі түгесілген, әсіресе үлкен қалаларда. Қазір жол төсемі, қиылыстар, жол айрықтары және басқада көліктік қорларды барынша тиімді пайдалануға түбегейлі шаралар әзірлеу керек.
Нагель-Шрекенбергтің моделі. Неміс ғалымдары Кэй Нагель мен Михаэль Шрекенберг әзірлеген модель жол жүру тәсілін модельдеуге арналған, яғни ол кездейсоқ бір өлшемді автоматтың дамуы [1, 25 б].
Бір жақты қозғалысқа Нагель-Шрекенберг моделінің шарты келесідей [2, 86 б]: әрқайсысы автокөлікпен жұмыс жасайтын бір өлшемді ұяшық болуы керек.
Ұяшықтың өлшемі 7,5 м деп есептеледі, ол қозғалыссыз ағындағы автокөлік алып жатқан орынға сәйкес (мысалы: кептелісте). si және 
айнымалылары – сәйкесінше координаталар мен i жылдамдығына тең; 
− жетекші машинаға дейінгі қашықтық; li – i-ші автокөліктің ұзындығы, бұл модельде әрқашан бірлікке тең. Жылдамдық 
рұқсат етілген бүтін мәндер 
біреуін қабылдай алады. Әрбір кезеңде t жүйесінде барлық көлік құралдарының жағдайы келесі ережелерге сәйкес жаңартылады (мұнда және келешекте ұсыныс логикасының аппараты жаңарту ережелерін сипаттау үшін қолданылады):
-
Үдеу − егер
болса, онда i-ші көлік жылдамдығы бірлікке артады; егер 
болса, онда жылдамдық өзгермейді:
(1.1)
- Тежелу − егер жаңа жылдамдық алдағы көлік құралына дейінгі қашықтыққа тең немесе жоғары болса, онда жылдамдық мәні осы қашықтыққа тең:
(1.2)
- Кездейсоқ ауытқу – берілген p ықтималдықпен жүргізуші жылдамдығын төмендетеді:
if 
then 
(1.3)
- Қозғалыс – жаңадан есептелген жылдамдыққа сәйкес автомат торына автомобильдің орнын өзгертуі:
(1.4)
Бірінші ереже (1.1) барлық жүргізушілердің максималды жылдамдықта жүруін көрсетеді, ал екінші ережеде (1.2) − көлік құралдарымен қақтығыс-тардың болмауын қамтамасыздандырады. Үшінші ереже (1.3) жүргізушілердің мінез-құлқындағы кездейсоқтықты және басқа ықтималдық факторларды ескере отырып, кездейсоқ элемент енгізіледі, мұндағы ξ 
[0, 1) айнымалысы − біркелкі үлестірілген кездейсоқ шама. Төртінші ереже (1.4) көліктің бір итерацияда қозғалатын ұяшықтардың санын анықтайды.
«Автокөлік қозғалысы үшін ұяшықты автомат моделі» [3, 90 б] жұмысында көрсеткендей, көлік ағындарын модельдеуге дискретті тәсіл қолдану есептеу жылдамдығы тұрғысынан тиімді. Сондай-ақ, гидродинамикалық көзқарасқа негізделген модель көлік ағынының тербеліс күйден бастау-тоқтау қозғалысына ауысуды жүзеге асырады.
Хелбинг-Шрекенбергтің моделі.Көлік құралдары бірнеше ұяшық арқылы ұсынылуы мүмкін көлік қозғалысы моделі [4, 80 б] жұмыста ұсынылған.
Үлгідегі жаңарту ережелері оңтайлы жылдамдық үлгісінің дискреттік нұсқасы ретінде қарастырылуы мүмкін.
- Үдеу және тежелу:
(2.1)
- Кездейсоқ ауытқу:
if then (2.2)
- Қозғалыс:
(2.3)
Функция 
(2.1) оптимальды жылдамдықтың дискретті түрін сипаттайды және әр жол мәніне жылдамдық мәні бар сәйкестік кестесінде көрсетіледі (кесте 2.1).
Кесте 2.1
Хелбинг-Шрекенбергтің моделіндегі оңтайлы жылдамдықтың ықтимал мәндері
|
|
|
|
|
|
0,1 |
0 |
11 |
8 |
|
2,3 |
1 |
12 |
9 |
|
4,5 |
2 |
13 |
10 |
|
6,0 |
3 |
14,5 |
11 |
|
7,0 |
4 |
16-18 |
12 |
|
8,0 |
5 |
19-23 |
13 |
|
9,0 |
6 |
24-36 |
14 |
|
10,0 |
7 |
>37 |
15 |
|
Ескерту - [5, 128 б] дереккөз негізінде жасалды |
|||
Кездейсоқ ауытқу модельге (2.2) өрнек арқылы енгізіледі және (2.3) өрнек дәстүрлі түрде жылдамдықтың есептелген мәніне сәйкес машинаның жаңа позициясын анықтайды. Параметр α машиналардың бейімделу дәрежесін оңтайлы жылдамдықпен анықтайды, яғни оның жылдамдығы жоғары болса, жүргізуші машина жылдамдығын алға қарай қашықтыққа бейімдейді. Кейбір α мәндерінде модельдеу барысында қақтығыстар орын алады, бұл болашақта модификацияланған модельдің басқа ақауларымен бірге жойылды [6, 250 б].
Қорытынды
Әлемның процестерін және құбылыстарын олардың алмастырғыш-тарымен, яғни модельдер негізінде зерттеу. Компьютерлік технологияны дамыту арқылы модельдеу мүмкіндіктері айтарлықтай кеңейіп, зерттеушіні үлкен деректер жиынтығын автоматтандырылған өңдеу құралдарымен ала алады. Компьютерлік модельдеу техникалық және жаратылыстану ғылымдарында зерттеудің ажырамас бөлігі болды, онда жиі нақты объектімен тәжірибе теріс нәтиже әкелуі мүмкін.
Жұмыстың барысында ұяшықтық автомат тұжырымдамасына негізделген автокөлік қозғалысы моделі жасалған. Ұсынылған модель имитациялар класына жатады, өйткені ол машина қозғалысы процестерін шын мәнінде орын алған кезде сипаттайтын бірқатар ережелерді пайдаланады. Нақтырақ айтқанда, модель агентке бағдарланған, яғни динамикасы оның қатысушыларының жеке өзара әрекеттесуінің нәтижесі арқылы анықталған орталықтандырылмаған жүйе ретінде жіктелуі мүмкін. Модель автомобиль жолының жағдайына, көлік жылдамдығына әсерін, жол белгілерімен белгіленген жергілікті жылдамдықты ескереді. Сонымен қатар, дамыған модель түрлі типтегі автомобильдерден құралған әртекті көлік ағыны болады. Айнымалы автомат ұяшықтар ұзындығын өзгерту мүмкіндігіне ие. Имитациялық модельдеуді жүргізуге бағдарламалық құрал жасалды. Бұл бағдарламалық жүйе тапсырмалардың кең ауқымын шешу үшін көптеген кластарды ұсынады. Зерттеу шеңберінде сандық эксперименттерді өткізу кезінде әзірленген класс кітапханасы пайдаланылды.
Ұсынылған модель жолдағы жүргізушілердің әрекетін белгілейтін ережелер жиынтығымен жұмыс жасайды. Ережелер бірқатар параметрлерге негізделеді, олардың мәндері модель жүйені ең жақсы түрде ұсынатын етіп анықталу керек.
Әдебиет:
1 Қауіпсізді жүйелері, IP - шешімдер, сандық бейнебақылау журналы . №3 2010 ж. 129 б.
2 Воробьев Э.М. Көліктің қозғалысын басқарудың автоматтандырылған жүйесі / Э.М. Воробьев. АКҚ “ПРИНТ”, 2010 ж. – 65 б.
3 Кремлев Ю.А. Жол қозғалысының ұйымдастыру техникалық құралдары / Ю.А. Кременец – М. : Академкітап, 2003 ж. – 12 б.
4 Дрю Д. Көліктік ағын теориясы және оны басқару / Д. Дрю. – М. : Көлік, 1989 ж. – 98 б.
5 Анфилец С. Бейімделгіш басқару жүйесінің тиімділігін бағалау / С. Анфилец // Ауыр көлік құралдары республикалық конгресі, автокөлік жолдары мен қаланың құрылысы.– Минск, 2011 ж. – Б. 125–127.
6 Касияник В.В. Жасанды нейрондық желілерді көліктік ағынның сипаттамалары және қиылыстарда бейімделген реттеуді қолдану. Нейрондық желілер мен жасанды интеллект туралы халықаралық конференция / В.В. Касияник, В.Н. Шуть. – Минск, 2008 ж. – 76 б.
