CC BY
61
ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ
УДК 330.322:004:656
Л.А. Широков, О.Л. Широкова*, К.А. Палагута
ФГБОУВПО «МГИУ», *НИУМГСУ
ИНВЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТОК ДОРОЖНО-МОНТИРУЕМЫХ СРЕДСТВ, АВТОМАТИЧЕСКИХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ В АВТОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ
Рассмотрены вопросы разработки теоретической и информационной основы для формирования критериального базиса задачи оптимизации инвестиций при конструировании автоматических и информационных систем для повышения безопасности движения в транспортных системах, обеспечения безаварийности при эксплуатации транспорта.
Ключевые слова: автотранспортная система, транспортные средства, безопасность, автоматические системы, информационные системы, инвестирование, математическая модель, оптимизация, максиминный критерий.
В современных условиях функционирования строительной индустрии проблематика создания и эффективной эксплуатации автотранспортных систем имеет важное народнохозяйственное значение. Сегодня на производство транспортных средств (ТС) для обеспечения строительных работ, их эксплуатацию и ремонт общество затрачивает огромные трудовые и материальные ресурсы.
Современная автотранспортная система—это весьма сложный интегрированный объект, который включает многообразные дорожные покрытия, различные технические средства обеспечения передвижения ТС, организационные системы управления движением. В структуре построения автотранспортной системы важнейшими звеньями являются архитектуры дорожно-транспортных систем, дорожные покрытия, ТС, их водители [1, 2]. Для обеспечения строительных работ весьма велики объемы грузоперевозок. Они выполняются как на уровне территорий строительных объектов, так и на уровне автотранспортных магистралей, автотрасс различного административного уровня подчинения, включая трассы федерального значения. Дороги представляют собой комплекс инженерных сооружений для обеспечения круглогодичного, непрерывного, удобного и безопасного движения с расчетной нагрузкой и установленными скоростями в любое время года и при любых погодных условиях. Состояние дорог в автотранспортных системах, их безопасность как для самих участников дорожного движения, так и окружающих людей и объектов требуют постоянного внимания и поддержки. Водители — это активное звено системы, обеспечивающее решение поставленных задач при погрузочно-раз-грузочных работах, перевозках, а также в значительной мере определяющее надежность функционирования автотранспортной системы, безопасность и экономическую эффективность.
В статье для ТС автотранспортных систем в различных задачах строительных работ в условиях интенсивных трафиков движения рассматривается как одна из главных задача обеспечения безопасности этих средств, их водителей, окружающих эту систему объектов [3]. К этим объектам относятся люди, находящиеся в зоне движения ТС, различные строения, сооружения. Целью статьи является создание для эффективного проектирования автотранспортных систем с наивысшим уровнем эксплуатационной безопасности критериального базиса оптимизации создаваемых в структуре комплексов безопасности [4] автотранспортных систем дорожно-монтируемых средств повышения безопасности, автоматических средств безопасности бортового обеспечения ТС, информационных технологий и систем повышения безопасности.
1. Анализ основных факторов автотранспортных систем, определяющих ее безопасность. Автотранспортная система — это совокупность транспортной инфраструктуры, автотранспортных предприятий и систем управления ими. Автотранспортная система обеспечивает согласованное развитие и функционирование всех видов ТС с целью максимального удовлетворения автотранспортных потребностей при минимальных затратах. Одной из важнейших характеристик автотранспортной системы является уровень обеспечения в ней безопасность движения. Для исследования проблематики безопасности движения в автотранспортных системах проведем анализ возможных факторов возникновения аварийности. В процессе движения ТС его активными определяющими составляющими являются различные аспекты автотранспортной системы и окружающей среды в целом. К ним относятся ТС, водители, архитектуры автотранспортных систем, дороги и дорожные покрытия, правила дорожного движения, внешняя окружающая среда и ее различные компоненты, включая погодные условия.
Анализ динамики движения в автотранспортных системах позволяет выделить различные дуальные взаимодействующие группы подсистем [5], которые приведены в табл. 1.
Табл. 1. Дуальные взаимодействующие подсистемы ТС
V— ТС ТС — D S — D
D — ТС ТС — V S — ТС
В табл. 1 введены обозначения: V — водитель; D — дорога; ТС — транспортное средство; — внешняя среда.
Все подсистемы между собой в определенной степени взаимосвязаны. Вместе с тем каждую подсистему можно представить отдельными элементами. Взаимодействия в этих дуальных подсистемах весьма многосторонни. Рассмотрим особенности моделей представления подсистем в табл. 1. Подсистема «водитель — ТС» (V— ТС) — эргатическая [6] модель, базирующаяся на физиологических возможностях водителя и исполнительных средствах ТС. Внешняя среда представляет собой информационное поле, включающее как различные технические информационные средства организации движения в автотранспортных системах, так и различные факторы состояния окружающей среды. Получив от внешней среды информацию и проанализировав ее,
водитель формирует рациональные режимы движения и, взаимодействуя с исполнительными средствами, управляет движением ТС. Исследование подсистемы «водитель — ТС» имеет большое значение для решения отдельных задач по эффективному управлению и эксплуатации ТС, в т.ч. и задачи обеспечения безаварийности в автотранспортной системе.
Подсистема «ТС — дорога» (ТС — d) представляет собой механическую модель транспортного процесса. Основное внимание в этой подсистеме уделяется взаимодействию ТС через подвеску и движитель с дорожным покрытием. При движении ТС воздействует на дорожное покрытие, в результате в дорожном покрытии возникают напряжения, влияющие на его прочностные характеристики и долговечность. Исследование рассматриваемой подсистемы позволяет разработать различные мероприятия по поддержанию дорог в хорошем техническом состоянии, сформировать различные приемы управления для обеспечения безопасности дорожного движения.
Подсистема «внешняя среда — дорога» (5"—d) — сложная тепломассооб-менная модель. Она базируется на анализе воднотеплового воздействия географических комплексов (климата, рельефа местности, грунтов, гидрологии, гидрогеологии и т.д.) на дорогу. Например, существенно повышает вероятность дорожно-транспортных происшествий (ДТП) воздействие атмосферных осадков, ухудшающих эксплуатационное качество покрытий. Исследование данной подсистемы позволяет разработать мероприятия по повышению устойчивости дорожных покрытий, умения водителей оперативно оценивать их текущее состояние и применять соответствующие техники вождения для обеспечения безопасности движения.
Подсистема «дорога — ТС» (D — ТС) является динамической моделью. Она базируется на анализе колебательного процесса при движении ТС по проезжей части. Вследствие наличия различных неровностей покрытий ТС испытывает случайные воздействия. Это вызывает сложный колебательный процесс колес, кузова с грузом, ТС в целом. Исследование подсистемы весьма важно в теории эксплуатационных свойств ТС. Оно позволяет решать различные задачи — рассчитывать расход топлива, определять возможную скорость движения, производительность и др.
Подсистема «ТС — водитель» (ТС — v) является обратной связью подсистемы «водитель — ТС». Главная задача водителя — контроль функционирования ТС в автотранспортной системе и управление им. Тенденции развития ТС таковы, что физический труд по управлению ТС становится все меньше, а на первое место выдвигаются повышенные требования к восприятию, мышлению, управляющим воздействиям, к надежности профессиональной деятельности водителя в условиях высокой нервно-эмоциональной напряженности [7]. Анализ этой подсистемы позволяет изучить влияние условий движения на работоспособность водителей. В частности, могут быть установлены предельные нормы вибрации и шума для водителей, эффективность расстановки органов управления, размеры салона ТС и т.д. Конструирование ТС с учетом психофизиологических характеристик водителей, создание условий комфортности для них существенно повышает эффективность автотранспортной системы и безаварийность ее эксплуатации при решении различных задач строительства.
Подсистема «внешняя среда — ТС» (5 — ТС) представляет интерес при исследовании надежности ТС, их работы в различных климатических условиях и условиях эксплуатации ТС в строительных работах.
Анализ основных факторов автотранспортной системы, определяющих ее безопасность, предусматривает комплексное моделирование автотранспортной системы в условиях текущей эксплуатации. Это дает возможность перейти от усредненных представлений вообще об автотранспортной системе, дороге, ее покрытии, водителе, ТС, окружающей среде к анализу безопасности движения ТС с учетом индивидуальных характеристик, конкретной модели ТС, характеристик дороги, условий строительных работ, конкретной окружающей среды. Для наиболее эффективного применения этого подхода необходимо располагать детальной информацией о всех объектах автотранспортной системы, ее участниках, ТС, условиях дорожного движения из банков данных — автоматизированных информационных систем, которые должны создаваться и постоянно актуализироваться.
Для рассмотрения вопроса в изложенном контексте сформируем структурную схему системы эксплуатации автомобильной техники транспортной системы. Принимая во внимание участников, широкую палитру составляющих транспортной системы, представим однородные совокупности элементов в виде отдельных матриц, образующих в совокупности взаимосвязанный матричный комплекс ТС.
Множество, определяющее водителей, представим матрицей
V=1К1 и), ^е В, (1)
где V.. — элемент матрицы, представляющей для г водителя (г = 1, ...,М) его/ атрибут, т.е./ индивидуальную характеристику водителя, (/ = 1, ..., ы); — множество сущностей типа водителя в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
Множество, представляющее ТС, определим матрицей
А = 1А. II , А е ВА, (2)
ii у1 \(ыл ыл)' '] а у '
где Л.. — элемент матрицы, представляющей для г ТС (г = 1, ...,мл) его/ атрибут, т.е./ характеристику вида и марки ТС, (/ = 1, ..., ыл); Dл — множество сущностей типа модели ТС в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
Множество, представляющее основные виды маневров различных ТС, определим матрицей
), ме ^, (3)
где М — элемент матрицы, представляющей для г маневра (г = 1, ., мм) его/ атрибут, т.е./ характеристику маневра, (/ = 1, ., ЫМ); DM — множество сущностей типа маневра ТС в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
Множество, представляющее различные дороги, определим матрицей
D = IId. II , В е Dn, (4)
где В.. — элемент матрицы, представляющей для г дороги (г = 1, ., МВ) его/ атрибут, т.е. / характеристику дороги, (/ = 1, ..., ыв); — множество сущно-
M = \ |м
стей типа дороги в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
Множество, представляющее различные виды внешней среды, определим матрицей
S = \Is . II , S.. е DS, (5)
ii v\ l( Ms ■ NS )' . w
где S.. — элемент матрицы, представляющей для i вида внешней среды (. = 1, ..., ms) его j атрибут, т.е. j характеристику этого вида внешней среды, (j = 1, ..., ns); DS — множество сущностей типа вида внешней среды в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
Множество, представляющее знаки дорожного движения, определим матрицей
Z = ||z..|| , Z еDZ, (6)
II jl\(MZ -Nz У 'j У '
где Z.. — элемент матрицы, представляющей для i знака (i = 1, ..., MZ) его j
V z
атрибут, т.е. j характеристику этого знака дорожного движения (j = 1, ..., nz); Dz — множество сущностей типа знака дорожного движения в базе данных автотранспортной системы или автотранспортного предприятия.
В соответствии с введенным матричным комплексом (1)—(6), описывающим рассматриваемую предметную область, представим структурную схему системы эксплуатации автомобильной техники в виде рис. 1. Важнейшим фактором успешности выполнения перевозок ТС является информационная поддержка водителей. В структуре предусмотрены соответственно автоматические системы мониторинга дорожных знаков, текущих параметров окружающей среды, спутниковой навигации и диспетчерская служба информационного обеспечения водителей автопредприятия. Предложенная структура соответствует современной модели системы ВАДС, но она допускает расширение с учетом перспективных направлений развития, таких как V2V (Vehicle-to-Vehicle) и V2I (Vehicle-to-Infrastructure).
Структурная схема системы эксплуатации автомобильной техники создает возможности оценки и изучения разнообразных факторов, определяющих качественные показатели функционирования автотранспортной системы. Рассмотрим основные из них [5]. Прежде всего, при проектировании автотранспортной системы для эксплуатации в определенном периоде времени необходимо определить спектр вопросов по формированию матрицы дорог D. Для предполагаемых маршрутов и трафиков движения ТС требуется спланировать сетевой граф дорог с учетом, естественно, уже существующих. При его планировании первостепеннейшим требованием технического задания должно быть безусловное обеспечение применения всех нормативов для безопасности дорожного движения. При этом должна обязательно прогнозироваться перспектива трафика дорог и соответственно закладываться под него определенные резервы. Другим важным фактором является учет требований водителей к характеристикам ТС, которые представлены матрицей (ТС), планируемых для эксплуатации для проектируемой автотранспортной системы. Проблема в том, что в современных условиях труд водителя все в меньшей степени физический. Он становится все более интеллектуальным с высоким уровнем эмоционально-психической нагрузки и в этих условиях весьма важна среда пребыва-
ния водителя, вид, оборудование рабочего места, комфортность конструктива, дружественность пользовательских интерфейсов средств аппаратного обеспечения процессов управления ТС.
Г»! (MZ '-<NZ ) Z'J ^ Dz
Диспетчерская служба информационного обеспечения водителей автопредприятия
Автоматическая система мониторинга дорожных знаков
M
IKII (Mm *nm ),M е dm
v
\\v \\ ,v e d
II »11 (Mv *Nv) j V
IKII (мл«м A )' A e Da
Автоматическая спутниковая система навигации
JJ
Автоматическая система измерения текущих параметров окружающей среды
D
DMdN),D e DD
Ру\\(MS *NS ) S e Ds
У
Z
Рис. 1. Структурная схема системы эксплуатации автомобильной техники
Современные скорости движения ТС, плотности потоков существенно осложняют мониторинг различных дорожных знаков трассы, определенных матрицей ^ При проектировании автотранспортной системы решение проблемы эффективного информирования водителя одна из первостепенных для безопасности дорожного движения и должны быть применены все возможные средства ее успешного решения. При этом информация доводится до водителя посредством автоматической системы мониторинга и информирования водителей ТС. Для информирования водителя о параметрах внешней среды, определяемых матрицей S, должна предусматриваться автоматическая система измерения текущих параметров окружающей среды. Весьма востребованными являются бортовые автоматические спутниковые системы навигации. Общесистемное информационное обеспечение водителей реализуется диспетчерской службой информационного обеспечения водителей автопредприятия.
Детальный анализ структурной схемы системы эксплуатации автомобильной техники позволяет вскрыть весьма большое количество и других важных рекомендаций по различным направлениям обеспечения безопасности дорожного движения [7]. Это обеспечивается взаимосвязанным матричным комплексом информационных массивов по шести основным факторам, определяющим автотранспортную систему и составляющим содержание автоматизированных информационных систем автотранспортных систем или автотранспортных предприятий. Применение тех или иных массивов для их рассмотрения определяется особенностями конкретных разрабатываемых проектов систем. Однако анализ надо обязательно тщательно выполнять и моделировать все аспекты реализации необходимых решений по обеспечению безопасного дорожного движения, сокращения уровня аварийности на трассах.
2. Апостериорный анализ ДТП при эксплуатации автотранспортных систем. Для решения вопросов, определяющих экономические аспекты ДТП, в целях оптимизации автоматических и информационных систем безопасности проведем апостериорный анализ ДТП по статистическим данным, полученным при эксплуатации автотранспортных систем. Дорожно-транспортный травматизм относится к числу трех ведущих причин смерти лиц в возрасте от 5 до 44 лет1. По прогнозам экспертов Организации Объединенных Наций в отсутствие незамедлительных и действенных шагов дорожно-транспортный травматизм станет, пятой ведущей причиной смерти в мире. Без новых усилий и инициатив общее количество смертельных случаев и травм в результате ДТП, согласно прогнозам, возрастет в период с 2000 до 2020 г. примерно на 65 % по всему миру, а в странах с низким и средним уровнем дохода смертность в результате ДТП, может возрасти на 80 % [8].
Россия в настоящее время имеет самый высокий из 43 стран-членов Европейской конференции министров транспорта показатель смертельных случаев в ДТП. Хотя по числу автомобилей на 1000 жителей Россия уступает многим странам в разы (рис. 2) [7], в то же время при относительно небольшом автопарке число ДТП и их жертв в расчете на один автомобиль в России намного выше, чем в странах с высоким уровнем автомобилизации. Это рельефно отображает диаграмма на рис. 3 [7].
Рис. 2. Число легковых автомобилей на 1000 жителей в некоторых странах в 2010 г.
1 Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН. Глобальный план осуществления Десятилетия действий по обеспечению безопасности дорожного движения 2011—2020 гг. Режим доступа: http:// www.who.int/roadsafety/decade_of_action/plan/russian.pdf. Дата обрушения: 20.08.2014.
140 120 100 SO 60 40 20 О
Рис. 3. Число погибших на 100000 легковых автомобилей в 2010 г.
Если бы насыщенность автомобилями в России была такой же, как в передовых западных странах, то число ДТП и пострадавших в них было бы намного большим [7]. Для оценки порядка величин по легковым автомобилям в качестве примера проведем для 2010 г. сопоставление с Францией, которая в европейском регионе имеет средние показатели смертности при ДТП. Такое сопоставление показывает [7], что если бы в России уже сейчас был достигнут уровень автомобилизации Франции, то общее число погибших в России от ДТП, примерно, удвоилось бы. В то же время, если бы без увеличения автомобильного парка, удалось снизить смертность от ДТП в России в расчете на 10000 автомобилей до уровня европейских стран, то тогда сократилось бы во много раз общее число погибших на дорогах России. При этом достижение французского уровня безопасности позволило бы добиться сокращения в 6 раз смертности в ДТП, а при достижении шведского уровня безопасности, который является наивысшим в Европе, число погибших на дорогах России сократилось бы в 12,5 раза.
Мировое сообщество пришло к негативному выводу, что нынешняя ситуация в области безопасности дорожного движения представляет собой кризис, угрожающий здоровью, социальной и экономической сферам жизни людей [10—12]. В марте 2010 г. в резолюции Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций было провозглашено Десятилетие действий по обеспечению безопасности дорожного движения 2011—2020 гг. ^/64/255) в целях стабилизации, а затем и сокращения прогнозируемого уровня смертности в результате ДТП во всем мире. Резолюция призывает мировое сообщество резко активизировать деятельность по обеспечению безопасности дорожного движения [8].
В России одной из серьезнейших проблем является состояние улиц и дорог. Около 80 % общей протяженности федеральных дорог требуют ремонта дорожных покрытий. Средняя скорость автомобильных перевозок в России из-за плохих дорог вдвое ниже, чем в промышленно развитых странах. Наши ТС на одну подвижную единицу перевозят самый маленький груз в мире. На плохой дороге автомобиль расходует до полутора раз больше горючего. Стоимость обслуживания автомобилей, возрастает в 2,5...3,4 раза, срок службы машины сокращается на 30 %, а ее производительность падает более, чем в два раза. Результат — некачественное покрытие дороги повышает стоимость перевозок на 30...50 %.
Удельный вес числа ДТП из-за неудовлетворительного состояния улиц и дорог в России до начала осенне-зимнего периода составляет более 17 %. Это является очень высоким показателем в сравнении со странами с более развитой дорожной инфраструктурой. При этом фактор аварийности в России из-за низкого качества дорог становится доминирующим в период конца осени — начала зимы, когда резко возрастает число аварий, связанных с плохими дорожными условиями и погодно-климатическими факторами.
3. Формирование критериального базиса для оптимизации инвестирования комплексов автоматических и информационных систем безопасности дорожного движения. Анализ проблематики ДТП на дорогах акцентировал масштабность проблемы и важность ее решения. Однако сложность в необходимости построения методологии точного обоснованного и детализированного решения. Действительно, речь идет о весьма емких государственных финансовых расходах. Такая возможность объективного решения проблемы может быть обеспечена применением системного анализа и математических методов оптимизации.
Для формулировки оптимизационной модели решения задачи инвестирования [13] разработок дорожно-монтируемых средств, автоматических и информационных систем для повышения безопасности движения в транспортных системах принципиально важно прежде всего рассмотреть вопрос о критериальном базисе оптимизации. С этой целью важны основные положения Плана осуществления Десятилетия действий, объявленные ООН, декларирующего подход, нацеленный на создание системы дорожного транспорта, которая более «терпима» к ошибкам людей, и осознание невозможности полностью исключить дорожные аварии. Целью безопасной системы [14] является обеспечение того, чтобы аварии не влекли серьезных травм людей. Такой подход является определяющей основой для проектирования дорожно-транспортной системы. Он означает перенесение основной доли ответственности с пользователей дорог на проектировщиков дорожно-транспортной системы. Должны быть более безопасные дороги, ТС, повышена дисциплинированность пользователей дорог.
При инвестировании проектов автотранспортных систем спектр выбора средств обеспечения безопасности дорожного движения весьма широк. К ним относятся рациональное транспортное планирование территорий, применение стратегии «успокоение» трафика на территориях и улицах малой пропускной способности, где много уязвимых участников дорожного движения, постро-
MGSU
ением «лежачих полицейских», шикан, велодорожек, блистеров, «островков безопасности», шлагбаумов, пешеходных зон. Для автострад важно планировать вертикальную кривизну на поворотах, выпуклость в поперечном сечении, чтобы обеспечить слив воды и снега и улучшить сцепление в плохую погоду. Для максимального поглощения энергии при соударении боковые ограждения, например, крепить к земле таким образом, чтобы более не протыкать автомобиль с пассажирами, а столбы освещения при наезде на них автомобиля проектировать специально ломающимися у основания, чтобы уменьшить резкий удар по автомобилю. Эффективны дорожные конструкции, которые для плавного гашения энергии при ударе складываются. Большая часть знаков и дорожной разметки может быть сделана ретрорефлективной. Список средств весьма широк и постоянно наращивается созданием новых средств.
Для бортового оборудования ТС весьма эффективны различные автоматические системы. Так, применение системы экстренного торможения позволяет сократить тормозной путь в среднем на 15...20 %, что, порой, является решающим фактором предотвращения аварии или уменьшения ее последствий [14]. Эффективны системы помощи при перестроении, системы обнаружения пешеходов. Применение системы обнаружения позволяет на 20 % сократить смертность пешеходов при ДТП и на 30 % снизить риск тяжелых травм.
Новые широчайшие перспективы открывает применение информационных технологий и систем для обеспечения безопасности на дорогах. Например, в США разрабатывается система, которая, наряду с автоматическим управлением автострадой, предусматривает возможность сетевого управления ТС на автостраде с помощью беспроводной связи. При комплектовании систем безопасности возможно применение и многих других устройств.
С учетом изложенного для оптимизации решения представляется наиболее эффективным максиминный подход формирования критериального базиса оптимизации. Его суть регламентируется двумя факторами, во-первых, необходимостью обеспечения максимально возможной защиты людей в ДТП, сокращением материальных и финансовых потерь, во-вторых, укомплектованием наилучшим образом системы безопасности при минимизации вкладываемых финансовых средств. Вторая составляющая решения требует высокопрофессионального подхода, так как на этой стадии требуется решить вопрос, как об оценках эффективности различных средств, так и об их стоимости в спецификации проекта. В этом контексте актуальна и постановка третьей задачи о групповой эффективности выбираемых средств [15].
На основе изложенного сформируем обобщенную модель критериального базиса. Предварительно представим вышеописанные средства безопасности дорожного движения следующими тремя группами: дорожно-монтируемые средства повышения безопасности — ДМСБ; автоматические средства безопасности бортового обеспечения ТС — АСБ; информационные технологии и системы для повышения безопасности — ИТСБ. Тогда сумма затрат на оборудование для безопасного дорожного движения — БДД может быть представлена в виде
ДМСБ
+ W + W Т ГУ дгк * УУ I
АСБ
ИТСБ'
(7)
Компоненты соотношения (7) представляют собой соответственно:
N
ДМСБ
^ДМСБ = Е - (8)
1=1
затраты на комплекс средств безопасности по группе дорожно-монтажных средств безопасности;
^АСБ
^АСБ = Е Щ - (9)
1 =1
затраты на комплекс средств безопасности по группе автоматических средств безопасности на борту ТС;
^ИТСБ
^ИТСБ = Е ^ - (10)
1=1
затраты на комплекс средств безопасности по группе информационных технологий и средств безопасности.
Принимая во внимание исключительную важность жизни людей, необходимо максимизировать безопасность участников дорожного движения, обеспечить максимальную безопасность окружающих людей, а также материальных ценностей. С другой стороны, за счет затрат на комплекс средств безопасности должны сократиться многообразные потери, которые сопутствуют различным ДТП. Баланс этих двух факторов [16—18] требует рассмотрения и учета при экономико-математическом моделировании с целью комплексной оптимизации затрат по обеспечению безопасности на основе интегрированного критерия оптимальности совокупности различных обстоятельств и последствий ДТП.
Для первого из двух рассматриваемых факторов, исходя из соотношений (8)—(10), можно записать
ЖБддОР1 =шахЖБДД ((, ЖАСБ, ЖИТСБ, ), Л? (П)
где Р8 — задаваемый показатель стабильности безопасности; DPS — область определения Р8.
Показатель стабильности безопасности Р8 в (11) определяется как вектор
га = (Ид,ик )т. (12)
В показателе стабильности (12) параметр Ид — коэффициент относительной аварийности или коэффициент происшествий для длинных и однородных по геометрическим элементам участков дороги2; ИК — коэффициент относительной аварийности или коэффициент происшествий для коротких участков дороги с мостами, перекрестками [19—20].
Для второго фактора потери от ДТП на основании апостериорного анализа ДТП при эксплуатации автотранспортных систем, проведенного в разделе 2, можно сгруппировать в следующие подмножества: потери по факту ДТП — ^ ; затраты по разборке ДТП и по принятым решениям — ^Разб; затраты на дальнейших этапах жизненного цикла — ЖЦ для пострадавших вследствие ДТП — ^кц. Тогда сумму потерь ^Комп по ДТП можно записать в виде
2 Рекомендации по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах. Отраслевой дорожный методический документ Минтранса России № ос-557-р от 24.06.2002 г. / Министерство транспорта российской федерации. Государственная служба дорожного хозяйства (Росавтодор). М., 2002. 284 с.
^жц = Z w / - (16)
W = W + W + W (13)
"Комп " ДТП ^ " Разб ^ " ЖЦ • V1--'-'
В соотношении (13):
■''''ДТП
^ДТП = £ W — (14)
i=1
потери от факторов ДТП w (i = 1, 2, ..., n ), к которым относятся повреждения технических средств и различных окружающих объектов, компенсации пострадавшим и др.;
'еазб
W** = Х W - (15)
i=1
расходы по ДТП W. (i = 1, 2, ..., n^) на расследования, судопроизводство, страховые возмещения и др.;
W.
i=i ' Sx
затраты по ДТП w (i = 1, 2, ..., n ) за период потери или снижения трудовой активности пострадавших в ДТП и затраты на медобслуживание и лечение.
В результате реализации затрат на безопасное дорожное движение естественно рассматривать, что потери при ДТП должны минимизироваться. В соответствии с этим для второго фактора экономико-математической модели, учитывая (14)—(16), можно записать
WK0Mn = min WKoMn (( + WPa36 + Wm), ЖБДД 6 DBm. (17)
На основании вышеизложенного можно заключить, что при оптимизации инвестирований на разработку дорожно-монтируемых средств, автоматических и информационных систем для повышения безопасности движения в автотранспортных системах необходимо учитывать два фактора. С одной стороны, надо максимизировать безопасность участников дорожного движения и затраты для максимальной безопасности окружающих людей, а также материальных ценностей, а с другой, принимать во внимание, что сопутствующие потери при ДТП должны минимизироваться. Таким образом, в результате интегрированный критерий оптимизации должен иметь максиминную структуру. Элементы максиминного критерия будем формировать соответственно из соотношений (11) и (17).
max Гвдд ^АСБ, ^ИТСБ, )>
vmin ЖКош ((, WPa36, Жжц)
В соотношении (18) Q — оператор максиминного критерия.
Таким образом, при использовании максиминного критерия (18) для планирования инвестиций проекта автотранспортной системы будут наилучшим образом реализовываться имеющиеся возможности существующих технических средств безопасности дорожного движения.
Выводы. Постоянно возрастающая масштабность строительных работ предусматривает необходимость массового применения для поставок грузов и проведения строительных работ различных автотранспортных средств. Это предусматривает соответственно и интенсивное развитие автотранспортных
Wta = Q
PS , ЖБДД е£бдд. (18)
систем как на уровне территорий строительных объектов, так и на уровне автотранспортных магистралей, автотрасс различного административного уровня подчинения, включая трассы федерального значения.
Проведенный в статье анализ проблематики эффективности эксплуатации автотранспортных систем на дорогах акцентировал масштабность проблемы и важность ее скорейшего решения. Предложенная структурная схема системы эксплуатации автомобильной техники на базе взаимосвязанного матричного комплекса информационных массивов позволяет вскрыть весьма большое количество важных задач по различным направлениям обеспечения безопасности движения ТС. На основе системного анализа поставлена задача оптимального инвестирования проектов по созданию современных автотранспортных систем с эффективными средствами безопасности движения и разработан мак-симинный критериальный базис для максимизации безопасности проектируемых систем при минимизации потерь от ДТП. Применение максиминного критериального базиса позволит наилучшим образом реализовывать имеющиеся возможности существующих технических средств для решения задачи оптимального инвестирования разработок дорожно-монтируемых средств, автоматических и информационных систем для повышения безопасности движения в автотранспортных системах.
Библиографический список
1. ElvikR., Hoye A., Vaa T., Erke A., SorensenM. The handbook of road safety measures. Emerald Group Publishing, 2009. 1140 р.
2. Martin J.L. Relationship between crash rate and hourly traffic flow on interurban motorways // Accident Analysis & Prevention. 2002. Vol. 34. No. 5. Pp. 619—629.
3. Palaguta К.А. Evaluation of the effectiveness of car safety systems // Innovative Information Technologies : International Scientific — Practical Conference. Praha, 2014. Pp. 292—295.
4. Павлов В.В. Начала теории эргатических систем. Киев : Наукова думка, 1975. 240 с.
5. Палагута К.А., Широков Л.А. Иерархическая структура автотранспортной системы // Инновационные информационные технологии : материалы Междунар. науч.-практ. конф. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. Т. 3. № 2. С. 289—293.
6. Палагута К.А. Самоуправляемый автомобиль как один из возможных способов повышения безопасности транспортных средств // Инновационные информационные технологии : материалы Междунар. науч.-практ. конф. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. Т. 3. № 2. С. 284—289.
7. Statistical database of the UN Economic Commission for Europe (UNECE). Режим доступа: http://w3.unece.org/pxweb/. Дата обращения: 25.11.2014.
8. Improving global road safety // General Assembly Sixty-fourth Session Agenda Item 46 Resolution Adopted by the General Assembly. 64/255. 2010. 6 р.
9. Вишневский А., Фаттахов Т. ДТП и смертность в России. Режим доступа: http:// demoscope.ru/weekly/2012/0527/tema03.php. Дата обращения: 15.03.2015.
10. Bulletin of the World Health Organization. 2004. Vol. 82. No. 3. Pp. 160—238. Режим доступа: http://www.who.int/bulletin/volumes/82/3/en/. Дата обращения: 15.03.2015.
11. Всемирный доклад о предупреждении дорожно-транспортного травматизма. 2004. Режим доступа: http://www.who.int/violence_injury_prevention/publications/road_ traffic/world_report/ru/. Дата обращения: 20.05.2015.
12. Сведения о показателях состояния безопасности дорожного движения. Режим доступа: http://www.gibdd.ru/stat/. Дата обращения: 12.03.2015.
13. Широков Л.А., Широкова О.Л. Моделирование окружающей среды промышленных зон для оптимизации природоохранных инвестиций // Экология урбанизированных территорий. 2013. № 2. С. 16—22.
14. Statistical database of the UN Economic Commission for Europe (UNECE). Режим доступа: http://w3.unece.org/pxweb/. Дата обращения: 14.03.2015.
15. KarlaftisM.G., GoliasI. Effects of road geometry and traffic volumes on rural roadway accident rate // Accident Analysis and Prevention. 2002. Vol. 34. No. 3. Pp. 357—365.
16. Roy B. Multicriteria methodology for decision aiding. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1996. 423 p.
17. Hinloopen E., Nijkamp P. Qualitative discrete multiple criteria choice analysis: the dominant regime method // Quality and quantity. 1990. Vol. 24. No. 1. Pp. 37—56.
18. ElvikR. A framework for a rational analysis of road safety problems. Oslo, Norway. Institute of transport economics, 2005. 102 p.
19. Bryce J., Flintsch G., HallR. A multi criteria decision analysis technique for including environmental impacts in sustainable infrastructure management business practices // Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2014. Vol. 32. Pp. 435—445.
20. Koorosh Gharehbaghi, Maged Georgy. Utilization of infrastructure gateway system (IGS) as a transportation infrastructure optimization tool // International Journal of Traffic and Transportation Engineering. 2015. Vol. 4. No. 1. Pp. 8—15.
Поступила в редакцию в январе 2015 г.
Об авторах: Широков Лев Алексеевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры информационных технологий и систем в экономике и управлении, Московский государственный индустриальный университет (ФГБОУ ВПО «МГИУ»), 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д. 16, [email protected];
Широкова Ольга Львовна — кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры информатики и прикладной математики, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Палагута Константин Алексеевич — кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры автоматики и управления в технических системах, Московский государственный индустриальный университет (ФГБОУ ВПО «МГИУ»), 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д. 16, [email protected].
Для цитирования: ШироковЛ.А., Широкова О.Л., ПалагутаК.А. Инвестирование разработок дорожно-монтируемых средств, автоматических и информационных систем для повышения безопасности движения в автотранспортных системах // Вестник МГСУ 2015. № 9. С. 130—145.
L.A. Shirokov, O.L. Shirokova, K.A. Palaguta
INVESTMENT OF THE DEVELOPMENT OF ROAD-BUILD MEANS, AUTOMATIC AND INFORMATIONAL SYSTEMS TO INCREASE TRAFFIC SAFETY
IN VEHICLE SYSTEMS
The modern transport system is a complex integrated object, which includes various road pavements, different technical means to provide vehicles motion, organizational systems of traffic management. In the contemporary conditions of construction industry functioning the task to create vehicle systems is of a great economic importance. Great labour and material resources are used for production of transport means for providing construction works and operation of these means.
The authors consider the questions of theoretical and informational foundation development for the formation of the criteria basis of investment optimization task during construction of automatical and informational systems for increase of traffic safety in transport systems, providing zero accident rate.
Key words: vehicle system, means of transport, safety, automatic and informational systems, investment, mathematical model, optimization, maximin criterion.
References
1. Elvik R., Hoye A., Vaa T., Erke A., Sorensen M. The Handbook of Road Safety Measures. Emerald Group Publishing, 2009, 1140 p.
2. Martin J.L. Relationship between Crash Rate and Hourly Traffic Flow on Interurban Motorways. Accident Analysis & Prevention. 2002, vol. 34, no. 5, pp. 619—629. DOI: http:// dx.doi.org/10.1016/S0001-4575(01)00061-6.
3. Palaguta K.A. Evaluation of the Effectiveness of Car Safety Systems. Innovative Information Technologies : International Scientific — Practical Conference. Praha, 2014, pp. 292—295.
4. Pavlov V.V. Nachala teorii ergaticheskikh system [Fundamentals of the Theory of Er-gatic Systems]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1975, 240 p. (In Russian)
5. Palaguta K.A., Shirokov L.A. Ierarkhicheskaya struktura avtotransportnoy sistemy [Hierarchical Structure of Transport System]. Innovatsionnye informatsionnye tekhnologii : materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Innovative Information Technologies : Materials of the International Science and Practice Conference]. Moscow, MIEM NIU VShE Publ., 2013, vol. 3, no. 2, pp. 289—293. (In Russian)
6. Palaguta K.A. Samoupravlyaemyy avtomobil' kak odin iz vozmozhnykh sposobov povysheniya bezopasnosti transportnykh sredstv [Autonomous Car as One of the Possible Ways to Increase Transport Safety]. Innovatsionnye informatsionnye tekhnologii: materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Innovative Information Technologies : Materials of the International Science and Practice Conference]. Moscow, MIEM NIU VShE Publ., 2013, vol. 3, no. 2, pp. 284—289. (In Russian)
7. Statistical Database of the UN Economic Commission for Europe (UNECE). Available at: http://w3.unece.org/pxweb/. Date of Access: 25.11.2014.
8. Improving Global Road Safety. General Assembly Sixty-fourth Session Agenda Item 46 Resolution Adopted by the General Assembly. 64/255. 2010, 6 p.
9. Vishnevskiy A., Fattakhov T. DTP i smertnost' v Rossii [Road Traffic Accidents and Death Rate in Russia]. Available at: http://demoscope.ru/weekly/2012/0527/tema03.php. Date of access: 15.03.2015. (In Russian)
10. Bulletin of the World Health Organization. 2004, vol. 82, no. 3, pp. 160—238. Available at: http://www.who.int/bulletin/volumes/82/3/en/. Date of access: 15.03.2015.
11. Vsemirnyy doklad o preduprezhdenii dorozhno-transportnogo travmatizma [World Report on Prevention of Road Accidents]. 2004. Available at: http://www.who.int/violence_injury_ prevention/publications/road_traffic/world_report/ru/. Date of access: 20.05.2015. (In Russian)
12. Svedeniya o pokazatelyakh sostoyaniya bezopasnosti dorozhnogo dvizheniya [Data on Safety State of Road Traffic]. Available at: http://www.gibdd.ru/stat/. Date of access: 12.03.2015. (In Russian)
13. Shirokov L.A., Shirokova O.L. Modelirovanie okruzhayushchey sredy promyshlen-nykh zon dlya optimizatsii prirodookhrannykh investitsiy [Environmental Modeling of Industrial Zones for Environmental Investments Optimization]. Ekologiya urbanizirovannykh territoriy [Ecology of Urban Areas]. 2013, no. 2, pp. 16—22. (In Russian)
14. Statistical database of the UN Economic Commission for Europe (UNECE). Available at: http://w3.unece.org/pxweb/. Date of access: 14.03.2015.
15. Karlaftis M.G., Golias I. Effects of Road Geometry and Traffic Volumes on Rural Roadway Accident Rate. Accident Analysis and Prevention. 2002, vol. 34, no. 3, pp. 357—365.
16. Roy B. Multicriteria Methodology for Decision Aiding. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 1996, 423 p.
17. Hinloopen E., Nijkamp P. Qualitative Discrete Multiple Criteria Choice Analysis: The Dominant Regime Method. Quality and Quantity. 1990, vol. 24, no. 1, pp. 37—56. DOI: http:// dx.doi.org/10.1007/BF00221383.
18. Elvik R. A Framework for a Rational Analysis of Road Safety Problems. Institute of Transport Economics, Oslo, Norway, 2005, 102 p.
19. Bryce J., Flintsch G., Hall R. A Multi Criteria Decision Analysis Technique for Including Environmental Impacts in Sustainable Infrastructure Management Business Practices. Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2014, vol. 32, pp. 435—445. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j;trd.2014.08.019.
20. Koorosh Gharehbaghi, Maged Georgy. Utilization of Infrastructure Gateway System (IGS) as a Transportation Infrastructure Optimization Tool. International Journal of Traffic and Transportation Engineering. 2015, vol. 4, no. 1, pp. 8—15. DOI: http://dx.doi.org/10.5923/j. ijtte.20150401.02.
About the authors: Shirokov Lev Alekseevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Informational Technologies and Systems in Economy and Management, Moscow State Industrial University (MSIU), 16 Avtozavodskaya str., Moscow, 115280, Russian Federation; [email protected];
Shirokova Ol'ga L'vovna — Candidate of Economical Sciences, Associate Professor, Department of Economy and Applied Mathematics, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Palaguta Konstantin Alekseevich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Automation and Control in Technical Systems, Moscow State Industrial University (MSIU), 16 Avtozavodskaya str., Moscow, 115280, Russian Federation; [email protected].
For citation: Shirokov L.A., Shirokova O.L., Palaguta K.A. Investirovanie razrabotok doro-zhno-montiruemykh sredstv, avtomaticheskikh i informatsionnykh sistem dlya povysheniya bezopasnosti dvizheniya v avtotransportnykh sistemakh [Investment of the Development of Road-Build Means, Automatic and Informational Systems to Increase Traffic Safety in Vehicle Systems]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 9, pp. 130—145. (In Russian)
