Автоматизированное управление дорожным движением (светофорами)

Введение
Историческая справка и некоторые факты.
Причины возникновения заторов:
Неудовлетворительное, или не соответствующее текущим потребностям устройство дорог;
Нарушение участниками дорожного движения правил и культуры вождения;
Неблагоприятные условия для движения, вынуждающие водителя снижать скорость;
Проблемы организации дорожного движения.
Пути исследования и борьбы с заторами:
социальные;
экономические;
инженерные;
математические.
Автоматизированное управление дорожным движением
2/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08

Постановка задачи
Смоделировать движение автомобилей в отдельно взятой части мегаполиса.
Разработать различные алгоритмы управления светофорами.
Сравнить эффективность предложенных алгоритмов.
Постараться оценить максимально возможную эффективность управляющих алгоритмов.
Предложить инфраструктуры, которые адекватно смогут отразить различные ситуации на дорогах.
Автоматизированное управление дорожным движением
3/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08

Модели дорожного движения
Макромодели
гидродинамические модели;
модели, основанные на кинетическом уравнении.
Микромодели:
модель оптимальной скорости;
модель Видеманна;
модель умного водителя;
модель, основанная на клеточных автоматах.
Автоматизированное управление дорожным движением
4/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08

Некоторые допущения
Каждый перегон имеет ровно две полосы для движения.
Движение правостороннее.
С левой полосы на перекрестке разрешено движение налево и в прямом направлении. С правой полосы разрешено движение направо и в прямом направлении.
Все автомобили имеют одинаковую и постоянную скорость.
Во время моделирование не меняется вероятность появления новых автомобилей в сети.
Все автомобили имеют одинаковый размер.
Автомобиль может поменять полосу для движения только после проезда через перекресток.
Автомобиль заранее знает в какую точку системы ему ехать.
Проезд не может быть затруднен ничем, кроме запрещающего сигнала светофора или затора.
Автоматизированное управление дорожным движением
5/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08

Моделирование движения
Автоматизированное управление дорожным движением
6/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Точка входа-выхода автомобиля.
Автомобиль.
Перекресток.
Полоса движения.
Каждый такт выполняется следующая последовательность действий:
Просматриваются все полосы движения по порядку. Для первой машины в очереди вызывается метод кратчайшего пути.
Для каждой точки входа работает генератор автомобиля с заданной в параметрах вероятностью.
Работает алгоритм переключения светофором для каждого перекрестка.
В файл записывается статистика для исследований (длины очередей, среднее время ожидания автомобиля).

Алгоритмы переключения светофоров
Автоматизированное управление дорожным движением
7/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
В данной работе рассмотрены следующие алгоритмы переключения светофоров:
Равномерное переключение.
Переключение в зависимости от очереди (Вариант 1).
Переключение в зависимости от очереди (Вариант 2).

Равномерное переключение
Автоматизированное управление дорожным движением
8/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Равномерное переключение:

Переключение в зависимости от очереди
Автоматизированное управление дорожным движением
9/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Переключение в зависимости от очереди - 1:
Переключение в зависимости от очереди - 2:

Инфраструктуры и критерии сравнения
Автоматизированное управление дорожным движением
10/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Инфраструктуры
Критерии сравнения:
Cреднее время ожидания в пути;
Суммарное количество машин в очередях.

Одиночный перекресток
Автоматизированное управление дорожным движением
11/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Разные вероятности генерации автомобилей p1=0.45, p2=0.1
Равные вероятности генерации автомобилей p=0.3

Квартал из четырех перекрестков
Автоматизированное управление дорожным движением
12/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Разные вероятности генерации автомобилей.
Равные вероятности генерации автомобилей.

Сложная городская схема
Автоматизированное управление дорожным движением
13/14 Бычков Алексей Сергеевич А-13-08
Случай уже существующих очередей.
Равные вероятности генерации автомобилей.
Случай уже существующих очередей.