Введение к работе
Актуальность темы. Бесперебойное функционирование дорожно-транспортного комплекса является базовым условием устойчивого развития экономики страны и социального благополучия населения. Автомобилизация, играя положительную роль в развитии экономики и общества, без соответствующего инфраструктурного подкрепления порождает ряд серьезных проблем в области дорожного движения, имеющих далеко идущие последствия для социальной и экономической сферы. К наиболее серьезной из таких проблем относится ограниченная пропускная способность сети автодорог, сложившихся еще в советское время и по старым стандартам. В связи с постоянным ростом населения городов данная проблема рано или поздно станет актуальной в большинстве населенных пунктов.
Взаимосвязь автодорог и города очевидна. Основными особенностями данных объектов является их большой срок службы и высокая стоимость, что органически приводит к положению о том, что данная проблема для настоящего времени может решаться при сохранении данных объектов в настоящем виде. Экономические расчеты показывают, что воздействие на дороги более предпочтительно, чем на строения, хотя тоже не безболезненно с экономической точки зрения. Опыт многих крупных мегаполисов мира показывает, что строительство новых и реконструкция существующих магистралей и дорог при постоянном росте количества транспортных средств не позволяют полностью сократить разницу между пропускной способностью улично-дорожной сети (УДС) и уровнем спроса на автомобильные перевозки.
Реальное решение транспортной проблемы заключается в достижении баланса между все возрастающим спросом на транспортные услуги с одной стороны и реальной перевозочной способностью транспортного комплекса с другой. Поэтому в техническую и организационную структуру регулирования дорожного движения надо закладывать не только управление транспортными потоками с целью увеличения пропускной способности отдельных видов транспорта или объектов транспортной инфраструктуры (например: отдельные маршруты автобусных перевозок или бессветофорное движение), а обеспечение пассажирских и грузовых перевозок в целом по транспортной сети города по требуемым маршрутам. В соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы)» принимается значительный комплекс мер по решению транспортной проблемы: оснащение дорог объектами автоматизации, ремонт существующей инфраструктуры, изменение нормативной базы, повышение ответственности участников дорожного движения и многое другое.
Пока данные меры не привели к требуемому эффекту - повышению пропускной способности автодорог. Причина данного результата кроется не только в отсутствии должных средств и ресурсов, но и в слабой координации деятельности органами государственной власти и местного самоуправления в данной области, а зачастую и их демотивированности к этому виду деятельности (например: постоянные задержки сотрудников ГИБДД при прибытии к
месту ДТП и т.д.). Механизмы страхования при организации дорожного движения также используются не в полной форме. Необходимо создать органы управления и организации дорожного движения в городах, которые должны обеспечить координацию усилий всех структур к решению транспортной проблемы.
В работе использованы труды таких авторов, разрабатывающих теорию графов, как Ахо А., Басакер Р., Беллман Р., Беллмор М., Берж К., Гудман С, Евстигнеев В.А., Ерусалимский Я.М., Зыков А.А., Иванов Б.Н., Конвей Р.В., Литл Дж., Майника Э., Новиков Ф.А., Оре О., Рейнгольд Э., Романовский И.В., Свами М., Уилсон Р., Харари Ф. Организация эксплуатационной работы на транспорте рассмотрена в трудах Буянова В.А., Зубкова В.Н., Кочнева Ф.П., Мамаева Э.А., Осьминина А.Т., Прилепина Е.В., Сологуба Н.К., Сме-хова А.А., Тишкина Е.М., Угрюмова А.К., Шарова В.А., Эрлиха Н.В.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью изыскание нового научного подхода к задаче повышения обоснованности и эффективности решений, принимаемых в процессе управления и организации дорожного движения в крупных городах и обеспечивающих снижение временных затрат должностных лиц при организации взаимодействия с органами государственной власти и местного самоуправления при существующем управленческом персонале для повышения пропускной способности, является актуальным в научном и практическом плане.
Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану инициативного гранта Российского фонда фундаментальных исследований: 10-07-00463 «Разработка математических моделей, синтез методов и алгоритмов при управлении бизнес-процессами в системах организационного управления».
Цель исследования заключается в разработке и экспериментальной проверке эффективности системы управления дорожным движением в городских условиях, обеспечивающей сокращение временных затрат должностных лиц при организации взаимодействия с органами государственной власти и местного самоуправления за счет интеллектуализации их деятельности при заданных критериях качества.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
проанализировать существующие системы управления и организации дорожного движения крупных городов России и за рубежом и выявить основные проблемы их функционирования;
разработать модель для оценки загруженности автомагистралей города по критерию скорости движения транспортных средств (ТС) и пропускной способности;
сформировать модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями с целью повышения мотивированности при управлении и организации дорожного движения;
синтезировать комбинированный метод страхования ответственности организаций обеспечивающих управление дорожным движением за результаты;
разработать механизм анализа дорожной ситуации на основе семантической модели представления знаний и машину вывода, обеспечивающие минимизацию времени реакции должностных лиц на возникающие дорожные ситуации и их классификацию;
разработать алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий повысить пропускную способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений;
провести экспериментальные исследования предложенной структуры системы управления и организации дорожного движения в городах для аналитического сравнения с существующими, проанализировать результаты и получить оптимальный вариант.
Методы исследования. В работе использованы методы моделирования организационных систем управления, распознавания объектов, системного анализа, теории игр, теории графов, теории вероятности, теории принятия решений, искусственного интеллекта.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Разработана модель для оценки загруженности автомагистралей города по критерию скорости движения транспортных средств и пропускной способности позволяющая проводить оценку в динамике функционирования за счет использования модифицированного алгоритма для определения максимального потока;
Сформирован механизм классификации возникающих дорожных ситуаций позволяющий на основе методов численной таксономии определять степень их важности и значимости при осуществлении мероприятий по управлению и организации дорожного движения;
Синтезирована модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями, позволяющая повысить их заинтересованность к выполняемым мероприятиям за счет нахождения Парето - оптимального равновесия;
Разработать механизм анализа дорожных ситуаций, обеспечивающий минимизацию времени реакции диспетчеров на возникающие дорожные ситуации за счет использования аппарата искусственного интеллекта.
Получен алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах, позволяющий повысить пропускную способность УДС за счет улучшения качества принимаемых решений
Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной проверкой при внедрении в практику управления.
Практическая значимость и результаты внедрения. На основании выполненных исследований синтезированы методы, модели и алгоритмы обеспечивающие управление и организацию дорожного движения в городских условиях с существенным сокращением временных затрат должностных лиц при организации взаимодействия с органами государственной власти и местного самоуправления за счет интеллектуализации их деятельности при заданных критериях качества.
Использование разработанных в диссертации моделей и механизмов позволяет многократно применять разработки, тиражировать их и осуществлять их массовое внедрение с существенным сокращением продолжительности трудозатрат и средств.
Разработанные модели используются в практической деятельности следующих предприятий: ГУ «Межрегиональная дирекция по дорожному строительству ДСД Центр» (Воронежский филиал).
Методы, алгоритмы и модели включены в состав учебного курса «Организация, планирование и управление дорожным комплексом», в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
Апробация работы. Основные результаты исследований и научных разработок докладывались и обсуждались на конференциях: международной научно-практической конференции «Образование, наука, производство и управление» (Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2006 г.) и международной научной конференции «Сложные системы управления и менеджмент качества» (Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2007 г.), четвертой международная научно-практической конференции «Системы управления эволюцией организации» (Санья, Китайская Народная республика, 2007 г.), международной научно -технической конференции «Наука и технологии актуальные проблемы (9-14 апреля Ставрополь, 2007), «62 - 64 научно - технические конференции ВГАСУ» (г. Воронеж 2007 - 2010 гг.); межд. науч.- практич. конференция «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы» (22 сентября 2010, г. Воронеж); 65-й всероссийской научно-практической конференции «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий», Пенза, 2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ общим объемом 63 страницы (лично автором выполнено 23 с).
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, состоит в следующем: в работах [2], [4], [6], [9] автором разработана модель для оценки загруженности автомагистралей города; в работах [5], [15] автору принадлежит механизм классификации возникающих дорожных ситуаций; в работах [8], [13], [14] автор разработал модель взаимодействия органов государственной власти и местного самоуправления с подрядчиками и страховыми компаниями; в работах [3], [12] автором предложен алгоритм извлечения знаний для машины вывода; в работах [7], [10], [11] автору принадлежит алгоритм функционирования системы управления и организации дорожного движения в городах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит
134 страниц основного текста, 28 рисунков, 19 таблиц и приложения. Библиография включает 148 наименований.
