УДК 681.3.07
РОЗРОБКА ЕЛЕМЕНТ1В СИСТЕМИ П1ДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ Р1ШЕНЬ В УПРАВЛ1НН1 ДОРОЖН1М РУХОМ
С.В. Кап1нус, асшрант, ХНАДУ
Анотаця. Розглянуто питания застосування елемент1в теорИ& прийняття ршень для прак-тичних задач управлтня дорожтм рухом. Наведено результати розрахунку критерИ&в вибору ращональних управляючих diü на дорожнт рух.
Ключов1 слова: управлтня дорожмм рухом, критерп прийняття ршень, дерево ршень.
РАЗРАБОТКА ЕЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УПРАВЛЕНИИ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
С.В. Капинус, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрены вопросы применения элементов теории принятия решений для практических задач управления дорожным движением. Приведены результаты расчета критериев выбора рациональных управляющих действий на дорожное движение.
DEVELOPMENT OF DECISION-MAKING SUPPORT SYSTEM&S ELEMENTS IN
ROAD TRAFFIC MANAGEMENT
S. Kapinus, graduate, KhNAHU
Abstract. Issues concerning decision-making theory&s elements for practical tasks of road traffic management are considered in the given article. The results of calculation criteria of choice of rational managing actions on traffic movement are offered.
Вступ
Впровадження сучасно! автоматизовано! сис-теми управлтня дозволяе гнучко управляти транспортними потоками залежно вщ !х ш-тенсивносп. Цшодобовий збiр шформаци вщ датчиюв характеристик транспортних пото-юв дае можливють змшювати режими пере-микання свiтлофорiв залежно вщ погодних умов, часу доби, дшв тижня, пори року, а також за змши пропускно! спроможност до-рожньо! мережа Це дозволяе рiвномiрно роз-подшяти транспортнi потоки на вулично-дорожнш мережi, пiдвищити рiвень безпеки руху, знизити кшьюсть дорожньо-транспортних пригод i час затримок, збiльшити серед-ню швидюсть сполучень, економити пальне i знизити витрати на утримання дорщ а також створити iншi комфортнi умови для учасни-юв руху, у тому числi i пiшоходiв [1].
В ходi проведеного аналiзу [2] сучасного стану автоматизованих систем управлiння дорожнiм рухом в Укра!ш можна визначити, що задачi управлiння транспортними потоками е багатокритерiальними i складними через нестащонарнють об&екта управлiння та суперечливiсть економiчних, технологiчних, екологiчних та технiчних критерив !х функ-цiонування.
Аналiз публжацш
Найбшьш ефективною структурою АСУДР е ieрархiчна структура, побудована за принципом рiвневостi функцш управлiння [3]. Це передбачае декшька рiвнiв управлiння, вир> шуваних завдань, що вiдрiзняються масшта-бнiстю.
В сучасних системах управлiння дорожнiм рухом на рiвнi оперативного управлiння та прийняття рiшень, як правило, е керуючий орган (колектив спецiалiстiв чи людина, яка приймае рiшення). Роботу диспетчерського персоналу керiвного пункту системи керу-вання дорожнiм рухом оргашзовано за iерар-хiчним принципом. Оператори контролюють рух i керують ним в окремих районах вулич-но-дорожньо! мережi, а диспетчери - вщпо-вiдальнi черговi по мiсту - координують дп операторiв i приймають рiшення з важливих питань керування на загальномюькому рiвнi.
Багатокритерiальнiсть задач управлшня до-рожнiм рухом та iмовiрнiсний характер па-раметрiв дорожнього руху пiдвищують iмо-вiрнiсть помилкових дш з боку людини-оператора ^ як наслiдок, iмовiрнiсть збо!в у роботi транспортно! системи. У зв&язку з цим формалiзацiя (математичний опис) задач управлшня транспортними системами iз за-стосуванням елементiв теори прийняття р> шень е актуальною, оскшьки при автомати-заци подiбних розрахункiв ЕОМ в лiченi хви-лини може охарактеризувати шанси на устх. Цi данi значно знизять iмовiрнiсть неефекти-вних управляючих дш, пов&язаних з витрата-ми, що, у свою чергу, дозволить шдвищити надшшсть систем управлiння дорожнiм рухом [1, 2, 4].
Мета та постановка задачi
Метою статп е розробка елемен^в системи шдтримки прийняття рiшень на рiвнi оперативного управлшня та прийняття ршень у системi управлiння дорожнiм рухом.
Побудова дерева ршень
Особливе мюце у теорп прийняття рiшень займае теорiя корисностi, яка може бути реа-лiзована п&ятьма етапами. Один з еташв - це структурний аналiз. Цей етап передбачае структуризащю проблеми на якiсному рiвнi, на якому особа, що приймае ршення (ОПР), визначае основш кроки процесу прийняття
рiшень i намагаеться упорядкувати 1х у ви-глядi деяко! послiдовностi. З цiею метою бу-дуеться дерево рiшень. Для побудови дерева ршень АСУДР було розглянуто такi ситуаций передзаторовий стан на ВДМ; пропуск колон або окремих спецавтомобшв; ДТП; проведення дорожньо-ремонтних робiт та несприятливi погоднi умови. Для кожно! з даних ситуацш побудовано дерево рiшень у вигщщ графа [4].
Локальне Змша
управтння — часу
св1тлофорами фази
Пропуск колон або окремих спецав-томобшв
Заборона маневрив
Управлiння свiтлофорами по мереж
Змша штен-сивностi
Вирiвнювaння циклiв регу-лювання
Рис. 1. Приклад дерева ршень
Для того щоб обрати найкращу альтернативу, яка впливае на виб1р ращонально1 керую-чо1 дп, застосовували критерп прийняття рь шень - мшмаксний (ММ-критерш), Севщжа, Байеса-Лапласа (BL), Гермейера, Гурвщя [5, 6].
Застосування ММ-критерда виправдано, як-що ситуащя, в якш приймаеться ршення, наступна:
- про можливють появи зовшшшх сташв (Fj) шчого не вщомо;
- доводиться зважати на появу р1зних зовшшшх сташв (Fj);
- ршення реал1зуеться лише один раз;
- необхщно виключити будь-який ризик.
Оцшочна функщя ММ-критерда мае вигляд
Zmm = max eir i eir= min e^, (1)
де e,j - елемент мaтрицi рiшень, пiд яким ро-зумiеться кориснiсть рiшення; eir - результат, який характеризуе, в цшому, ус нaслiдки рiшення.
Для критерда Байеса-Лапласа (BL) передба-чаеться, що ситуацiя, в якш приймаеться pi-шення, характеризуеться наступними обста-винами:
- iмовipнiсть появи стану (Fj) вiдома i не залежить вiд часу.
- ршення pеалiзуеться (теоретично) нескш-ченно багато pазiв;
- для малого числа pеалiзацiй piшення до-пускаеться деякий ризик.
Оцiночна функщя кpитеpiю Байеса-Лапласа (BL)
ZBL=max eir, e^^q (2)
де qj - iмовipнiсть того, що подiя вiдбу-деться.
Для критерда Севiджа вимоги, що пред&яв-ляються до ситуаци, в якш приймаеться pi-шення, збiгаються з вимогою до ММ-кpитеpiю.
Ощночна функцiя кpитеpiю Севiджа мае вигляд
ZS = min eir = min [max (max eij - eij)]. (3) Кpитеpiй Гуpвiця застосовуеться у раз^ коли:
- про вipогiднiсть появи стану (Fj) нiчого не вщомо;
- необхiдно враховувати появу стану (Fj);
- pеалiзуеться лише мала кшьюсть piшень;
- допускаеться деякий ризик.
Оцiночна функцiя критерда Гуpвiця:
ZHW = max eir = max min eq.. (4)
Умови застосування критерда Гермейера таю:
- iмовipнiсть появи стану (Fj) невiдома;
- допускаеться деякий ризик;
- ршення може pеалiзуватися один або кшька pазiв.
Оцiночна функцiя кpитеpiю Гермейера мае вигляд (5); якщо функщя розподшу вiдома не дуже надшно, а число pеалiзацiй невелике, то, слщуючи кpитеpiю Гермейера, отриму-ють, взагалi кажучи, невиправдано великий ризик [5, 6].
ZG = max eir = max max gy. (5)
Виконано оцiнку ланок дерева рiшень на ос-HOBi статистичних даних щодо iмовiрностi здiйснення того чи шшого заходу й ощнки впливу кожного i3 заходiв на народногоспо-дарськi витрати (рис. 2) [7]. Результати наведено у табл. 1 та 2.
Таблиця 1 Вплив заход1в ОДР на народногосподарсью витрати
Заходи Поточн1 народногосподарськ1 витрати
о о <J в к О о" и о о d 0 о и
Введення одно-стороннього руху 1 1 0 1 0 0 0 0 3
Обмеження швидкост1 руху 1 1 0 1 0 0 1 0 4
Введення коор-динованого руху 1 1 0 1 1 0 1 1 6
Оргашзац1я реверсивного руху 1 1 0 1 0 0 0 0 3
Заборона маневр1в 1 1 1 1 0 0 0 0 4
Змша числа фаз i часу циклу регулювання 1 1 1 1 0 0 0 0 4
Таблиця 2 Ефективтсть заход1в ОДР
Заходи Коефщент ефективносп
Обмеження доступу до дшян-ки ВДМ 0,67
Обмеження швидкосп на дь лянщ ВДМ 0,18
Заборона руху за напрямками 0,15
Реверсивний рух 0,15
Заборона маневр1в 0,2
Локальне управлшня свггло-форною сигнал1защею 0,4
Управлшня свгтлофорами по мереж1 0,4
Для розрахунку критерпв прийняття piшень побудовано матрицю прийняття ршень, яка мае вигляд (табл. 3).
Таблиця 3 Мaтpиця пpийняття pmem та peзyльтaти poзpaxyнкy Kp^repiiB пpийняття plшeнь
Пoдlя К pитe piï
д1я Змlнa часу фази &н о o н в и 0 и (d 1 а и s го Bиpiвнювaння циктв peгyлювaння j m &« e о Гypвlц
Лoкaльнe 4 0 0 1,б б 2
yпpaвлlння cвlтлoфopaми
Зaбopoнa ма- 0 4 0 0,8 б 2
нeвplв
Упpaвлlння cвlтлoфopaми 0 0 б 2,4 4 З
пo мepeжl
Bapтicнy oцiнкy зaxoдiв ОДР дepeвa piшeнь знaйдeнo на ^и^ад! кpитepiю Байеса-Лапласа (BL). Оцiнoчнa функц1я для цьoгo Kprnepro мае такий вигляд
ZBL=max ei,
eir eijqj,
дe eij - вapтlcнa oцiнкa; qj - lмoвlpнlcть тoгo, щo пoдiя вiдбyдeтьcя.
^д1 визнaчимo paцioнaльнy yпpaвляючy д1ю для poзглянyтoï ситуаци
Zpaц - maX
Z1 - 0,4 • 4 - 1,б Z2 - 0,2• 4 - 0,8 Z3 - 0,4• б - 2,4
Лoкaльнe
у^авлыня
cвiтлoфopaми
npony^ кслсн aôo oкpeмиx с^дав-тoмoбiлiв
Зaбopoнa мaнeвpiв
Упpaвлiння Bиpiвнювaння
cвiтлoфopaми - цикл!В
no мepeжl peгyлювaння
Рис. 2. Ситyaцiйнa oцiнкa aльтepнaтивниx зaxoдiв
Для nponycKy кoлoн aбo oкpeмиx сш^вто-мoбiлiв пoтpiбнe застосування зaxoдiв щoдo yпpaвлiння cвiтлoфopaми го мepeжi; цe мo-жливo визначити 1з poзpaxyнкy кpитepiïв пpийняття prnem (табл. 3).
П1сля aнaлiзy aльтepнaтивниx piшeнь i вибo-py paцioнaльниx yпpaвляючиx д1й АСУДР у пpивeдeниx cитyaцiяx дepeвo piшeнь нaбyдe вигляду
Шдви-щeння бeзпeки
Рис. 3. Дepeвo paцioнaльниx piшeнь
Таким чином, побудовано дерево ршення для тдтримки процесу прийняття ршень у системах управлшня дорожнiм рухом.
Висновки
В результат дослiдження було розглянуто критери прийняття рiшень та методи оргаш-заци дорожнього руху, якi сприяють тдви-щенню ефективносп транспортних систем, та побудовано дерево ршень. Запропоновано виконати оцiнку ланок дерева ршень на ос-новi статистичних даних щодо iмовiрностi здшснення того чи iншого заходу i оцiнки впливу кожного iз заходiв на народногоспо-дарськi витрати.
Побудували дерево рiшень з урахуванням вiрогiдностi та вартостi ланок. Вибiр най-кращо! альтернативи пропонуеться здшсню-вати на основi критерiю Байеса-Лапласа (БЬ), тому що з усiх критерив прийняття р> шень вiн враховуе iмовiрнiсть здiйснення поди та за значно! кiлькостi реатзацл рiшень мiнiмiзуеться ризик прийняття рiшень.
Лiтература
автоматизированных систем управления дорожным движением в мегаполисах /
Л.С. Абрамова, С.В. Капинус // Вюник Донецького шституту автомобшьного транспорту : науковий журнал. - До-нецьк : Молня. - 2009. - №1. - С. 13-20.
Б.В. Москвин. - СПб. : ВКА имени А.Ф. Можайского, 2005. - 383 с.
решений / З. Мушик, П. Мюллер. - М. : Мир, 1990. - 208 с.
Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 1 липня 2010 р.