Енергозберігаюче трасування автомобільних доріг з урахуванням екологічних і ергономічних вимог системи "людина-автомобіль-дорога-середовище" - Автореферат

Існуючі методики дозволяють здійснювати несистемну оцінку енергоємності, екологічної і ергономічної безпеки проектів автомобільних доріг. Можливість одночасного урахування екологічних, ергономічних і технічних вимог на стадії розробки проекту мало вивчена і вимагає як вдосконалення критеріальної основи, так і подальшого розвитку методів формування траси. Розвиток теорії системного проектування автомобільних доріг послужив переконливим стимулом для подальшого вдосконалення методів формування траси автомобільної дороги, які дозволяють врахувати і оцінити енерговитрати системи "людина-автомобіль-дорога-середовище" загалом. Наукова новизна роботи полягає у такому: уперше розроблено критерій ефективності проектних рішень, що приймаються при трасуванні автомобільних доріг, який враховує технічні, екологічні та ергономічні вимоги системи "ЛАДС"; У публікаціях із співавторами здобувачем виконане таке: адаптовані методи теорії графів стосовно до задачі прокладання магістрального ходу [1]; розроблено алгоритм формування першого наближення лінії траси [6] та програма розрахунку [8]; визначено параметри формування першого наближення лінії траси і розроблені рекомендації за їх призначенням [2]; розроблено комплексний показник стану системи "ЛАДС", обгрунтовано систему обмежень на проектну лінію траси [3]; розроблено алгоритм формування енергозберігаючої траси [11].У першому розділі розглядаються основні напрямки розвитку методів формування траси, аналізуються критерії і методи прийняття рішень в задачах трасування автомобільних доріг, визначається мета і намічаються основні завдання дослідження. Аналіз літературних джерел дозволив виділити три основних напрями вдосконалення трасування, а саме: 1) вдосконалення норм проектування, застосування яких забезпечує зниження витрати палива автомобільним транспортом; 2) урахування закономірностей взаємодії транспортного потоку з дорожнім середовищем при призначенні параметрів траси; 3) урахування закономірностей поведінки водія при обґрунтуванні елементів автомобільних доріг. Існуючі методи обґрунтування окремих елементів плану і поздовжнього профілю при вирішенні завдань трасування автомобільних доріг не дозволяють врахувати і оцінити їх вплив і взаємодію в системі "ЛАДС". Вдосконалення методики трасування автомобільних доріг і оптимізація проектних рішень на основі кількісних оцінок стану системи "ЛАДС" дозволять знизити витрату палива, зменшити викиди забруднюючих речовин, підвищити надійність діяльності водія. З урахуванням обмежень по капіталовкладеннях в будівництво () вимога мінімізації енерговитрат формулюється таким чином: , (1) де - множина можливих напрямів траси між контрольними точками у межах зони трасування; - вибраний напрям траси; - параметр трасування; - капіталовкладення в будівництво дільниці автомобільної дороги.У дисертації наведене розвязання науково-технічної проблеми енергозбереження на етапі розробки проектів автомобільних доріг, що спрямовано на економію паливних ресурсів, забезпечення екологічної безпеки автомобільних доріг, підвищення безпеки і поліпшення умов діяльності водія. Застосування вектора стану системи як обмеження на цільову функцію трасування дозволяє отримати рішення, що забезпечують допустиме функціонування системи "ЛАДС". Рішення задачі енергозберігаючого трасування здійснюється методом послідовного поліпшення проектних рішень, суть якого полягає в послідовному застосуванні критеріїв на різних етапах формування траси. Рішення задачі складається з послідовно здійснюваних етапів: 1) визначення допустимої зони трасування; 2) формування початкового наближення лінії траси між контрольними точками по енергетичних критеріях (енерговитрати на рух); 3) обгрунтування параметрів трасування; 4) формування лінії траси за екологічними, ергономічними, технічними критеріями. Ширина зони трасування між контрольними точками змінюється в діапазоні 50...1000 метрів при розчленованості рельєфу відповідно - 10...200 м/км, крок ЦМР - 100...5 метрів при розчленованості рельєфу 10...159 м/км і величині відносної поступки 5%.

Основний зміст роботи

1. У дисертації наведене розвязання науково-технічної проблеми енергозбереження на етапі розробки проектів автомобільних доріг, що спрямовано на економію паливних ресурсів, забезпечення екологічної безпеки автомобільних доріг, підвищення безпеки і поліпшення умов діяльності водія. У рамках розвязання цієї проблеми розроблена методика енергозберігаючого трасування з урахуванням ергономічних і екологічних вимог системи "ЛАДС".

2. У рамках системного проектування розроблений комплексний показник, що характеризує стан системи "ЛАДС". Як комплексний показник прийнятий вектор стану системи, що враховує стан автомобіля, водія і навколишнього середовища. Застосування вектора стану системи як обмеження на цільову функцію трасування дозволяє отримати рішення, що забезпечують допустиме функціонування системи "ЛАДС".

3. Рішення задачі енергозберігаючого трасування здійснюється методом послідовного поліпшення проектних рішень, суть якого полягає в послідовному застосуванні критеріїв на різних етапах формування траси. Рішення задачі складається з послідовно здійснюваних етапів: 1) визначення допустимої зони трасування; 2) формування початкового наближення лінії траси між контрольними точками по енергетичних критеріях (енерговитрати на рух); 3) обгрунтування параметрів трасування; 4) формування лінії траси за екологічними, ергономічними, технічними критеріями.

4. Розроблена математична модель формування магістрального ходу за критерієм мінімуму енерговитрат. На базі моделі розроблені алгоритми формування магістрального ходу в умовах рівнинного і пересіченого рельєфів місцевості шляхом модифікації методів теорії графів і теорії оптимального управління та їх адаптації стосовно до задачі трасування. Методами математичної статистики визначені і обгрунтовані параметри моделі: допустима зона трасування між контрольними точками, крок ЦМР. Дійсні значення ширини допустимої зони трасування і кроку ЦМР розраховані для надійної імовірності 0.95. Ширина зони трасування між контрольними точками змінюється в діапазоні 50...1000 метрів при розчленованості рельєфу відповідно - 10...200 м/км, крок ЦМР - 100...5 метрів при розчленованості рельєфу 10...159 м/км і величині відносної поступки 5%.

5. Розроблена математична модель формування траси, що полягає у формуванні найбільш гладкої траси, яка найменше відхиляється від початкового першого наближення в значенні середнє квадратичного відхилення і забезпечує зниження витрати палива, зменшення викидів забруднюючих атмосферу речовин, підвищення надійності діяльності водія. Обгрунтовані геометричні характеристики траси за умовою нормального функціонування системи "ЛАДС". Встановлено, що найбільший вплив на показники стану системи "ЛАДС" надають величина поздовжнього ухилу і кривина траси. Визначені нормальні і граничнодопустимі значення кривини траси по локальних координатах стану системи, а так само отримана аналітична залежність локальних координат від кривини траси. Сукупність даних результатів дозволила встановити аналітичну залежність для визначення допустимої за показником стану системи кривини траси. Розрахована допустима кривина траси для доріг III категорії, що змінюється в діапазоні від 27,446*10-4 1/м ( 0 0/0) до 12,718*10-4 1/м (для ухилу 50 0/0).

6. Порівняльний аналіз проектних рішень дозволив підтвердити ефективність розробленої моделі трасування. Формування траси за системними критеріями дозволило знизити енерговитрати на рух, а отже, зменшити витрату палива на 8.6%, знизити зведений до СО пробіговий викид на 3.53 г/км, зменшити питомі витрати праці водія, забезпечивши імовірність утримання заданої швидкості на рівні 0.8.

7. Проведені теоретичні дослідження і чисельні експерименти дозволили розробити методику формування енергозберігаючої траси автомобільних доріг II-IY категорій в умовах рівнинного і пересіченого рельєфів місцевості з урахуванням забезпечення нормального функціонування системи "ЛАДС".

1. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Применение метода лагранжева ослабления для решения задачи проложения магистрального хода при трассировании автомобильных дорог // Вестник ХГАДТУ. - 1997. - №3. - С. 39 - 41.

2. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Назначение границ полосы варьирования и шага цифровой модели местности // Вестник ХГАДТУ: Сб. научн.тр. - 2000. - вып.11.- С. 55-58.

3. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Системные критерии формирования энергосберегающей трассы // Вестник ХГАДТУ: Сб. научн. тр. - 2000. - вып. 12. - С.115-118.

4. Батракова А.Г. Энергосберегающее трассирование автомобильных дорог // Эргономика на автомобильном транспорте./ Под ред. проф. Э.В. Гаврилова. - Харьков: ХГАДТУ, 1997. - С. 45 - 47.

5. Батракова А.Г. Формирование плана трассы автомобильных дорог по критерию минимума энергозатрат // Проектирование, строительство, эксплуатация автомобильных дорог, аэродромов и искусственных сооружений. Труды СОЮЗДОРНИИ. - М.: Союздорнии. - 1997. - вып.194. - С. 54 - 63.

6. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Алгоритм и пакет программ для трассирования автомобильных дорог.// Информационный листок ИЛ № 165-94. Государственный комитет Украины по вопросам науки и технологий. Украинская информационная корпорация "УКРНТИ". ХАРПНТЭИ. - Харьков: ХАРПНТЭИ. - 1994. - 4 с.

7. Батракова А.Г. Разработка базового алгоритма трассирования автомобильных дорог. // Тезисы докладов научно-технической конференции "Пути повышения эффективности дорожного хозяйства Украины в новых условиях хозяйствования". - К.: КАДИ. - 1994. - С.23.

8. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Алгоритм расчета магистрального хода при трассировании автомобильных дорог по критериям социальной адекватности / ХДАДТУ - Киев, 1995. - 19 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 25.04.95, №29 - УК 95.

9. Батракова А.Г. Вычислительные аспекты энергосберегающего трассирования // Информационные технологии: наука, техника, образование, здоровье./ Тр. междунар. науч.-техн. конф., Харьков, 12 - 14 мая 1997г. - Ч.3. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн.ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург. ун-т. - 1997. - С. 239 - 243.

10. Батракова А.Г. Алгоритм расчета оптимального маршрута движения пореальной поверхности // Системы управления и связи. Труды ХВУ. - Харьков: НАНУ, ПАНИ, ХВУ. - 1996. - С. 18 - 21.

11. Гаврилов Э.В., Батракова А.Г. Трассирование автомобильных дорог по системным критериям // Автомобильный транспорт и дорожное хозяйство на рубеже 3-го тысячелетия. / Материалы междунар. науч. конф., Харьков, 16-18 октября 2000г. - Харьков: ХДАДТУ. - 2000. - С.43-44.

Размещено на .ru