РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАФИКА ДТС

В данной статье будет описана разработка системы моделирование, описанной и спроектированной в предыдущих статьях [1, 2]. Будет рассмотрено представление дорожно-транспортной сети в виде графа. В статье будут представлены диаграмма развёртывания реализуемой системы, экранные формы приложения для моделирования и некоторые результаты моделирования.

Ключевые слова: Дорожно-транспортная сеть, дорога, перекрёсток, исток, съезд, средняя скорость, трафик, пробка, затор, WinCC OA, граф, орграф, планарный граф.

ВВЕДЕНИЕ

Ежегодно на территории России вводятся в эксплуатацию, ремонтируются и обновляются сотни километров дорог, строятся новые развязки, эстакады, тоннели и т.д. Однако не всегда задуманные и реализованные проекты оборачиваются выгодой.

Прежде чем воплощать в жизнь дорогостоящие проекты, необходимо убедиться в их целесообразности. Для этих целей создаются специальные модели, которые отражают дорожную ситуацию на некотором участке дорожно-транспортной сети (ДТС). Проводя эксперименты с данного рода моделями можно с определённой уверенностью сказать, какие меры следует предпринять, чтобы разгрузить данный участок [1].

В предыдущих статьях [1, 2] были проанализированы составляющие ДТС, рассмотрены системы-аналоги, описана логическая структура модели, спроектирована система моделирования. Цель данной работы заключается в разработке системы, реализующей описанную модель.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать программное обеспечение для разработки системы.
2. Составить диаграмму развёртывания и разработать приложение для моделирования.
3. Собрать статистические данные по перекрёсткам и внести их в модель.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВ

Для реализации спроектированной программы будет использоваться система WinCC OA версии 3.15.

«WinCC OA» – сокращение от «SIMATIC WinCC Open Architecture» («открытая архитектура SIMATIC WinCC»). Это пакет программ, разработанных для использования в области автоматизации технологического процесса. Основная сфера применения – работа с программным обеспечением и эксплуатация технологического оборудования при помощи рабочих станций с устройствами визуального отображения VDU, поддерживающими все графические возможности [3].

Помимо графического представления текущего состояния технологического процесса, данная программа также обладает возможностью передавать состояния и команды оборудованию по контролю и управлению технологическим процессом. Мышь и клавиатура используются в интерактивном режиме, результаты действий выводятся на экран в реальном времени. К основным функциям также относятся алармы в случае превышения предельных значений и наступления аварийного состояния, а также архивирование исторических данных для отображения и использования их в будущем [3].

Основной причиной выбора является тот факт, что данная система уже не раз участвовала в разработках сложнейших проектов, как, например, системы диспетчеризации Саяно-Шушенской ГЭС.

WinCC OA обладает гибкой и открытой архитектурой, которую можно настроить под собственные нужды, и множеством встроенных инструментов, которые значительно облегчают разработку программы.

Одним из таких инструментов является встроенная древовидная база данных под названием «Raima». База данных состоит из пользовательских типов точек данных (например, дорога, манёвр, Исток). Каждому типу точек данных соответствует набор точек данных – записей в базе данных (например, дорога под названием R_001). На рисунке 1 представлена древовидная структура базы данных Raima.

Рисунок 1. Встроенная база данных WinCC OA

Следующим инструментом WinCC OA является редактор сценариев, при помощи которого можно не только писать текст сценариев (на языке CONTROL), но и изменять его во время выполнения программы. На рисунке 2 представлен скриншот редактора сценариев.

Все элементы WinCC OA соединены вместе при помощи консоли, с которой можно управлять элементами системы, а также менять настройки. Консоль содержит различные менеджеры, каждый из которых отвечает за один конкретный элемент WinCC (БД, сценарий или ГИП). На рисунке 3 представлена консоль WinCC OA.

Рисунок 2. Редактор сценариев WinCC OA

Рисунок 3. Консоль WinCC OA

РАЗРАБОТКА ДИАГРАММЫ РАЗВЁРТЫВАНИЯ

Диаграмма развёртывания предназначена для представления компонентов системы моделирования с точки зрения взаимодействия встроенных модулей WinCC OA и пользовательских компонент.

Из диаграммы, представленной на рисунке 4, видно, что все модули взаимодействуют между собой только посредством базы данных, куда записывают значения и считывают их.

ГИП (графический пользовательский интерфейс) отвечает за отображение элементов модели и взаимодействие с пользователем (в WinCC он называется модулем Gedi). Модуль Para – встроенный модуль WinCC, отвечающий за взаимодействие с базой данных. Менеджер сценариев представляет из себя отдельный поток выполнения, отвечающий за конкретный сценарий.

Рисунок 4. Диаграмма развёртывания

ВЫБОР УЧАСТКА ДТС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

В качестве исследуемого участка ДТС был выбран район между улицами «Московское шоссе» и «Гагарина» города Самара. На рисунке 5 представлен выбранный участок, который войдёт в модель. При создании рисунка использовался сервис «Яндекс.Карты».

Далее был совершён обход всех выбранных перекрёстков. Каждый перекрёсток снимался на камеру в течении десяти минут с целью сбора статистических данных (вероятность, с которой будет совершён поворот, пропускная способность манёвра, пересекающиеся пути и приоритеты).

После сбора все видео были проанализированы, а полученные данные были занесены в базу данных Raima. Фрагмент заполненной базы данных представлен на рисунке 11. Каждый перекрёсток разбивался на 9 или 16 манёвров – поворотов с одной из примыкающих дорог перекрёстка на другую.

Рисунок 5. Выбранный для моделирования участок ДТС

Рисунок 6. Фрагмент заполненной БД

ВНЕШНИЙ ВИД ПРИЛОЖЕНИЯ

В процессе разработки проекта, был создан графический интерфейс пользователя для облегчения взаимодействия пользователя и системы.

На рисунке 7 представлена главная панель (MainPanel.pnl) системы.

Рисунок 7. Главная панель системы

На ней отражается текущее состояние ДТС. Чем больше транспортных средств (ТС) находится на дороге, тем длиннее становится цветная область, обозначающая очередь из ТС перед перекрёстком.

Если длина очереди превышает треть от длины дороги, то она окрашивается в жёлтый цвет, а если превышает две трети – в красный. При достижении длины очереди предельного значения, равного длине дороги, ТС больше не буду въезжать на эту дорогу. Код сценариев, описывающих перемещение ТС между дорогами, а также определение допустимого количества ТС, которые могут въехать на дорогу, описан в приложении В.

Помимо этого, на перекрёстках, оборудованных светофором, в модели предусмотрены сигналы, которые переключаются в зависимости от текущего такта.

Шестиугольниками обозначены истоки (стоки). Верхнее число показывает: сколько ТС въехало в ДТС через данный исток, а нижнее – сколько выехало.

Переключаясь между сезонами (зима – лето), пользователь может контролировать среднеквадратическое отклонение, а выбрав пункт «час-пик», он увеличивает математическое ожидание.

При необходимости, на открытой панели можно нажать на кнопку «Сбросить до начальных значений», чтобы обнулить значения загруженности дорог, полученные ранее. В самом верху панели отражается количество тактов, которые сделала система.

В том случае, если пользователь нажмёт кнопкой мыши на дорогу или исток, то появится окно содержащее информацию о параметрах соответствующего элемента модели. На рисунках 24 и 25 представлены панели, содержащие информацию об истоках и дорогах соответственно.

Рисунок 24. Окно с информацией об истоке (стоке)

Рисунок 25. Окно с информацией о дороге

Таким образом, в третьей главе была создана диаграмма развёртывания, показывающая, как встроенные модули WinCC OA взаимодействуют с пользовательскими подсистемами, и разработан и описан пользовательский интерфейс.

ВЫВОД

Таким образом, в данной работе была выбрана система, при помощи которой было разработано приложение для моделирования трафика ДТС. Также были собраны статистические данные по исследуемому участку ДТС и занесены в модель.

В будущем планируется улучшение алгоритмов генерации потока ТС и дальнейшее исследование модели.

Список литературы:

1. Кондрашкин А.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАФИКА ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 12(59). URL: https://sibac.info/archive/technic/12(59).pdf (дата обращения: 23.10.2018).
2. Кондрашкин А.А. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАФИКА ДТС // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(70). URL: https://sibac.info/archive/technic/11(70).pdf (дата обращения: 08.12.2018).
3. Документация по WinCC OA [Электронный ресурс]. Справочная система.