Анализ существующих проблем и подходов к обеспечению безопасности дорожного движения
 Скачать 4.25 Mb.
|
|
4. МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ФЕДЕРАЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ 4.1 Структура системы оперативного управления на ФАД Разработка методики обеспечения БДД на ФАД включает оперативное реагирование на повышенный риск возникновения КС. В соответствии с действующим законодательством принятие решений о необходимости реализации оперативных мероприятий по повышению БДД на ФАД исполняется на региональном уровне. Уровень развития и функционирования интеллектуальной транспортной системы (ИТС) на ФАД многих регионов не позволяет применять полностью автоматизированное управление дорожным движением, поэтому в настоящее время управление БДД осуществляется уполномоченными государственными органами. Анализ их работы выявил недостатки системы оперативного управления БДД: низкая координация ответственных ведомств, отсутствие критериальных требований к принятию решений по оперативному реагированию на повышенный риск возникновения КС и алгоритмов работы, что ведет к низкой эффективности порядка взаимодействия. Трансформация проблем в цели и выявление причинно-следственной связи позволили сформировать ряд задач: 1) определение структуры системы управления на рассматриваемом уровне; 2) определение значимости субъектов в ней; 3) поиск и оценка множества допустимых стратегий (альтернатив); 4) обоснование способа расчета критериального требования (реализация сравнительной оценки риска); 5) определение порядка функционирования и алгоритма методики. 97 В качестве решения первой задачи определена структура системы управления: выделен объект (управляемая система) и субъекты (управляющие органы). Ее объектом являются участники и условия движения (комплекс ВАДС). В работе принято, что обобщенной характеристикой состояния объекта является риск возникновения КС ( К оп 𝑖 ), управляющим воздействием (решением) является мероприятия по обеспечению БДД: предотвращение перехода КС в ДТП за счет оперативных мероприятий возможно с помощью воздействия на внешнюю среду, прямого и косвенного управления транспортными потоками (информирование водителей). Результатом управления (исход решения) является бинарный сигнал: произошло ДТП/не произошло ДТП, т.е. был ли допущен переход КС в ДТП. Состав субъекта управления представлен в виде активных элементов (АЭ). В соответствии с теорией активных систем к АЭ относятся субъекты управления, обладающие свойством активности, интересами и предпочтениями и целенаправленно осуществляющие свой выбор [147]. К ним могут быть отнесены ведомства, ответственные за БДД в какой-либо мере, и полномочия которых позволяют оперативно отреагировать на изменения внешней среды и повышение риска возникновения КС. Выделение субъектов управления в качестве АЭ позволяет учесть активность участников системы: их собственные интересы и предпочтения. Это является важным условием, поскольку структуры, ответственные за БДД имеют принадлежность к разным ведомствам. Основной функцией АЭ является принятие решения в области выбора оптимального мероприятия по повышению БДД в пределах своей компетенции. В условиях оперативного управления БДД ключевыми задачами является обеспечение мониторинга риска возникновения КС на ФАД, информирование субъектов управления (АЭ) и обеспечение согласованности действий АЭ. Поэтому в разрабатываемой системе управления выделен информационный центр (ИЦ), который является базовым информационным центром поддержки принятия решений; его основными функциями является круглосуточный 98 мониторинг состояния БДД на ФАД (контроль за риском КС), инициирование процесса принятия решений, определение рекомендаций, позволяющих повысить согласованность действий АЭ (осуществление взаимодействия, координации и согласованности действий АЭ с целью предупреждения ДТП) и учет проведенных мероприятий. На рисунке 4.1 представлена структурная схема разрабатываемой системы управления. Рисунок 4.1 – Структурная схема Состав системы управления представлен тремя элементами: субъектом управления, объектом управления и ИЦ. Связь 1 представляет собой регистрацию информационным центром состояния объекта управления ( К оп 𝑖 и исхода решения: произошло ДТП / не произошло ДТП). Связь 2 представляет собой получение субъектом управления от ИЦ информации о необходимости принятия управленческих решений и критериальном требовании. Связь 3 является воздействием субъекта управления на объект с помощью мероприятий по повышению БДД. Для дальнейшей разработки методики обеспечения БДД на ФАД и решения поставленных задач проведена конкретизация состава субъекта управления на примере Алтайского края. На основе анализа состава региональной комиссии по обеспечению БДД (КОБДД) и изучения полномочий и функциональных обязанностей ведомств, в какой-либо степени ответственных за БДД, определен состав системы оперативного управления БДД на ФАД. В качестве АЭ выделены: АЭ 1 – ФКУ Упрдор «Алтай»; АЭ 2 – УГИБДД по Алтайскому краю; АЭ 3 – ЦУКС Субъект управления Объект управления Информационный центр 1 2 3 99 ГУ МЧС по Алтайскому краю, ККУ «УГОЧС и ПБ в Алтайском крае [148]. Лицами, принимающими решения (ЛПР) являются руководители ведомств, или другие работники, уполномоченные руководителем принимать решения в данной сфере (например, начальник дежурной смены). Для определения ИЦ на примере выбранного региона проведен анализ ФЗ №196-ФЗ «О безопасности дорожного движения» [43], положения «О Федеральном дорожном агентстве» [149], Устава федерального казенного учреждения Управление федеральных автомобильных дорог «Алтай» Федерального дорожного агентства [150], который показал, что собственником ФАД Алтайского края на праве оперативного управления является ФКУ Упрдор «Алтай», целью деятельности которого является «обеспечение безопасного и бесперебойного движения транспортных средств по автомобильным дорогам общего пользования федерального значения», а одной из функций – организация круглосуточного взаимодействия с оперативными службами различных ведомств по вопросам БДД. Поэтому ИЦ в разрабатываемой системе выбран представитель ФКУ Упрдор «Алтай». Предлагаемый состав субъекта управления АЭ и ИЦ и схема обеспечения БДД на ФАД в Алтайском крае представлены на рисунке 4.2. Рисунок 4.2 – Схема обеспечения БДД на ФАД на примере Алтайского края ФКУ Упрдор «Алтай» 1 АЭ УГИБДД по Алтайскому краю 2 АЭ ЦУКС ГУ МЧС по Алтайскому краю 3 АЭ Информационный центр поддержки принятия решений (ИЦ) ФКУ Упрдор «Алтай» Средства мониторинга и расчета риска возникновения КС на ФАД 100 Начальная информация поступает в ИЦ со средств мониторинга и расчета риска возникновения КС, которые могут представлять собой разработанное программное приложение (п.3.5). От ИЦ информация поступает к АЭ и осуществляется обмен ее между ними. Далее в работе действия АЭ в схемах обозначены светло-оранжевым цветом, а ИЦ – зеленым. В результате решения одной из задач по разработке методики предложены состав и структура системы оперативного управления ФАД на примере Алтайского края. 4.2 Экспертная оценка значимости активных элементов в системе оперативного управления БДД При решении второй задачи (п. 4.1) определено, что активные элементы могут осуществлять оперативные мероприятия по предупреждению ДТП, но не для всех АЭ основной функцией является обеспечение БДД. Анализ полномочий показал, что АЭ 1 (на примере подведомственных организаций Росавтодора) обладает функцией по обеспечению БДД (пп. 5.3.2 и 5.3.6 [149]), к функциям АЭ 2 (на примере подразделений ГИБДД) также относится принятие мер по снижению аварийности (пп. 11 – 12 [151]). Функция обеспечения БДД со стороны АЭ 3 (на примере территориальных органов МЧС) выражается через защиту населения от ЧС, предупреждение ЧС (п. 7 [152]), поскольку ЧС–ДТП являются одним из наиболее распространенных видов ЧС. АЭ 1 и АЭ 2 являются ведущими элементами системы управления БДД, а обеспечение БДД – одной из их основных функций. Для дальнейшей разработки порядка функционирования субъектов управления необходима количественная оценка веса каждого АЭ в общей системе. В сложных системах, при условии неполноты информации используется метод экспертного оценивания [153]. Этот метод является одним из эффективных 101 инструментов в области аналитических исследований и представляет собой количественную обработку мнений экспертов с целью подготовки информации для принятия решений ЛПР [154, 155, 156, 157, 158]. Для оценки веса каждого АЭ j (объект экспертного оценивания) применен метод балльного экспертного оценивания. Была сформирована экспертная группа в составе 12 специалистов: работники ФКУ Управление автомобильных дорог «Алтай» (АЭ 1 ), УГИБДД по Алтайскому краю (АЭ 2 ), ККУ «УГОЧС и ПБ в Алтайском крае» и ГУ МЧС по Алтайскому краю (АЭ 3 ). Экспертам предлагалось оценить роль каждого объекта в системе оперативного управления БДД по балльной шкале: от 0 до 10, где 10 – максимальная значимость компонента; допускалось присвоение одинакового количества баллов разным объектам. Анкета заполнялась одноразово. В результате оценивания получена сводная матрица балльных оценок 𝑥 𝑗ε ∈[0;10] отражающих вес каждого из 3-ех АЭ j в системе оперативного управления БДД, где ε=1,…,12 – число экспертов, j=1,…,3 – количество оцениваемых объектов. Расчет компетентности экспертов произведен с помощью методики, описанной в [153]. Групповая оценка j-го объекта определялась по следующему правилу: 𝑥 𝑗 = ∑ 𝑞 𝜀 ∙ 𝑥 𝑗𝜀 16 𝜀=1 , (4.1) где 𝑞 𝜀 – весовой показатель компетентности ε-го эксперта. Поскольку оценивание производилось с использованием количественной шкалы, результаты можно рассматривать как реализацию случайной величины. Степень согласованности экспертов оценена с помощью расчетов дисперсий индивидуальных балльных оценок и коэффициентов вариации ( 𝑉𝑎𝑟 𝑗 ): 𝑉𝑎𝑟 𝑗 = √ ∑ (𝑥𝑗𝜀−𝑥𝑗)2 16 𝜀=1 16−1 𝑥 𝑗 (4.2) 102 Коэффициенты вариации 𝑉𝑎𝑟 𝑗 < 0,2 указывают на хорошую согласованность мнений экспертов [153]. Результат экспертного оценивания, определенный с использованием формулы 4.1, представлен в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Вес (важность) АЭ j в системе оперативного управления БДД (экспертное оценивание) Вес (важность) АЭ 1 АЭ 2 АЭ 3 Вес (групповая оценка 𝑥 𝑗 ) 9,51 9,75 4,49 Вес (округленный до целого) 10 10 4 Для приведения результатов в более удобную форму проведено линейное нормирование значений с помощью зависимости: 𝑊 𝑗 = 𝑥 𝑗 −𝑥 𝑚𝑖𝑛 𝑥 𝑚𝑎𝑥 −𝑥 𝑚𝑖𝑛 , (4.3) где 𝑊 𝑗 – новое значение (вес); 𝑥 𝑗 – текущее значение, 𝑥 𝑚𝑎𝑥 и 𝑥 𝑚𝑖𝑛 – максимальное и минимальное значение шкалы исходных данных. Поскольку исходными данными при экспертном оценивании являлся интервал [0; 10], то минимальное и максимальное значения приняты соответствующие. Итоговыми характеристиками весов АЭ j в рассматриваемой системе стали результаты, представленные в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Важность АЭ j в системе оперативного управления БДД на ФАД Вес (важность) АЭ 1 АЭ 2 АЭ 3 𝑊 𝑗 1,0 1,0 0,4 Основными активными элементами системы явились АЭ 1 и АЭ 2 , что соответствует выводам в результате анализа полномочий и функций ведомств. 103 4.3 Экспертная оценка оперативных мероприятий по обеспечению БДД Для разработки порядка функционирования системы необходимо определение множества допустимых альтернатив, т.е. набора возможных оперативных мероприятий по обеспечению БДД, которые может реализовать каждый из АЭ (решение задачи 3 из п. 4.1). Для формализации правил принятия решений необходима количественная оценка эффективности мероприятий (критериальная оценка). В связи с тем, что в настоящее время отсутствует количественная информация об уровне снижения опасности в результате реализации конкретного мероприятия, данные задачи принято решить с помощью метода экспертных оценок. При экспертном оценивании приняла участие группа, указанная в п. 4.2. Участники были разделены по трем профильным группам: в каждой профильной группе работали по четыре эксперта (таблица 4.3). В первую очередь эксперты предложили набор мероприятий, относящиеся к их ведомству, т.е. для каждого j-го АЭ определено множество оперативных мероприятий по обеспечению БДД (альтернатив): 𝑙 𝑦 АЭ 𝑗 ∈ 𝐿 АЭ 𝑗 Таблица 4.3 – Характеристики работы профильных групп Профильная группа АЭ 1 Профильная группа АЭ 2 Профильная группа АЭ 3 Количество экспертов 4 4 4 Оцениваемые альтернативы (мероприятия) 𝑙 𝑦 АЭ 1 , y=1…6 𝑙 𝑦 АЭ 2 , y=1…5 𝑙 𝑦 АЭ 3 , y=1…5 Экспертам предложено проранжировать список альтернатив по степени потенциального предотвращения ДТП. Минимальный балл предложено присвоить наименее эффективному мероприятию. Выбрано нестрогое 104 ранжирование (допускается присваивать одинаковые баллы различным мероприятиям в группе). В результате оценивания в каждой группе получены оценки–ранги 𝑥 𝑦ε , где ε=1…n – число экспертов, y=1…m – количество оцениваемых альтернатив. Групповая оценка y-го мероприятия с учетом компетентности эксперта определялась по формуле (4.1). Суммы групповых оценок по каждому мероприятию проранжированы – определен ранг степени снижения опасности (R) для каждого мероприятия [158]. Под степенью снижения опасности подразумевается величина, снижающая вероятность перехода КС в ДТП в результате реализации данного мероприятия, т.е. является показателем предотвращения / недопущения ДТП. С целью приведения к единой шкале оценки мероприятия, проведена нормализация критерия с помощью масштабирования значений рангов в группах, для чего определена область определения рангов, которая составила [1; 6]: 𝑥 𝑚𝑖𝑛 н = 1, 𝑥 𝑚𝑎𝑥 н = 6 . Рассчитан приведенный ранг 𝑅 ′ , который является критериальной оценкой мероприятия: 𝑅 ′ = (𝑥 𝑚𝑎𝑥 н − 𝑥 𝑚𝑖𝑛 н ) ∗ 𝑊 + 𝑥 𝑚𝑖𝑛 н , (4.4) где 𝑊 определялось по формуле 4.3. Индекс j опущен. Результаты ранжирования оперативных мероприятий (альтернатив) по обеспечению БДД на ФАД представлены в таблицах 4.4 – 4.7. Чем выше значение 𝑅 ′ , тем больший вес имеет мероприятие в обеспечении БДД (предупреждении ДТП). Мероприятия АЭ 1 представлены в условиях отсутствия на участках ФАД элементов ИТС, при ее временном или частичном ограниченном функционировании. Мероприятие 𝑙 4 АЭ1 включает в себя несколько видов работ, которые были объединены в один тип, поскольку имеют одно функциональное значение: оперативное приведение в соответствие техническое состояние автомобильной дороги. 105 Таблица 4.4 – Оперативные мероприятия, реализуемые ФКУ Управление автомобильных дорог «Алтай» (АЭ 1 ) Номер Мероприятие Ранг степени снижения опасности, R Приведенный ранг, 𝑅 ′ 𝑙 1 АЭ 1 Прекращение движения ТС на участке ФАД 6 6 𝑙 2 АЭ 1 Ограничение движения ТС (запрет движения большегрузных автомобилей и автобусов, детских автобусов) 5 5 𝑙 3 АЭ 1 Установка временных знаков / диспетчерское управление знаками переменной информации (перспективное) 4 4 𝑙 4 АЭ 1 Краткосрочные работы по содержанию дороги: очистка проезжей части и/или дорожных знаков от мусора, грязи и пр., устранение скользкости, противогололедные мероприятия, зимнее содержание дороги; контроль за соблюдением требований ОДМ 218.6.019-2016 при проведении дорожно-строительных работ 2,5 2,5 𝑙 5 АЭ 1 Размещение информации на информационном табло (диспетчерское управление) 2,5 2,5 𝑙 6 АЭ 1 Размещение предупреждения на официальной странице ведомства в графе «Внимание водители» или «Оперативная информация» 1 1 Таблица 4.5 – Оперативные мероприятия, реализуемые УГИБДД по Алтайскому краю (АЭ 2 ) Номер Мероприятие Ранг степени снижения опасности, R Приведенный ранг, 𝑅 ′ 𝑙 1 АЭ2 Надзор за дорожным движением в стационарном положении 5 6 𝑙 2 АЭ2 Надзор за дорожным движением на патрульном автомобиле в движении 4 4,75 𝑙 3 АЭ2 Надзор за дорожным движением с использованием средств авиации (перспективное) 3 3,5 𝑙 4 АЭ2 Оказание содействия при приведении совместных мероприятий с АЭ 1 и АЭ 3 1 1 𝑙 5 АЭ2 Информирование населения об опасности с использованием взаимодействующих СМИ 2 2,25 106 Таблица 4.6 – Оперативные мероприятия, реализуемые ФКУ ЦУКС МЧС ГУ по Алтайскому краю, ККУ «УГОЧС и ПБ в Алтайском крае» (АЭ 3 ) Номер Мероприятие Ранг степени снижения опасности, R Приведенный ранг, 𝑅 ′ 𝑙 1 АЭ3 Рассылка предупреждения посредством смс-сообщений 5 6 𝑙 2 АЭ3 Информирование водителей с использованием радиосвязи 4 4,75 𝑙 3 АЭ3 Оказание содействия в расчистке дорожного полотна 3 3,5 𝑙 4 АЭ3 Составление внеочередного прогноза ЧС-ДТП, его рассылка и размещение на официальном сайте 1 1 𝑙 5 АЭ3 Устранение последствий неблагоприятных условий (упавших деревьев, автомобилей, тушение пожаров) 2 2,25 Для оценки согласованности мнений экспертов в каждой группе при измерении объектов в порядковой шкале (ранжировании) применен коэффициент конкордации. В случае отсутствия связанных рангов (в группах АЭ 2 , АЭ 3 ) он имеет вид: 𝑊𝑘 = 12𝑆𝑢𝑚 𝑛 2 ∙(𝑚 3 −𝑚) , (4.5) где 𝑆𝑢𝑚 – сумма квадратов отклонений (от среднего), 𝑆𝑢𝑚 = ∑ (𝑥 𝑦 − 𝑥̅) 𝑚 𝑦=1 ; 𝑥 𝑦 – суммарный ранг для y-го объекта по всем экспертам; 𝑥̅ – оценка математического ожидания x y Эксперты из группы АЭ 1 приняли решение о назначении одинаковых рангов отдельным мероприятиям, поэтому оценка согласованности проводилась с использованием следующего выражения: 𝑊𝑘 = 12𝑆𝑢𝑚 𝑛 2 ∙(𝑚 3 −𝑚)−𝑛∙∑ 𝑇 𝑖 𝑛 𝑖=1 , (4.6) где T i – показатель связанных рангов в i-ой ранжировке, 𝑇 𝑖 = ∑ (ℎ 𝑘 3 − ℎ 𝑘 ) 𝐻𝑖 𝑘=1 ; H i – количество групп с равными рангами в i-ой ранжировке; h k – количество равных рангов в k-ой группе связанных рангов у i-го эксперта. 107 Полученные коэффициенты конкордации представлены в таблице 4.7. Результаты говорят о высокой степени согласованности экспертов. Таблица 4.7 – Коэффициенты конкордации по группам АЭ Критерий АЭ 1 АЭ 2 АЭ 3 Wk 0,95 0,81 0,66 𝜒 эмп 2 24,81 13 15,9 𝜒 табл 2 11,07 5,99 9,49 При высоком значении 𝑊𝑘 проводится проверка гипотезы о неслучайности согласия экспертов с помощью критерия Пирсона, который вычисляется следующим образом: 𝜒 эмп 2 = 12𝑆𝑢𝑚 𝑛∙𝑚∙(𝑚+1) (4.7) В случае наличия связанных рангов: 𝜒 эмп 2 = 12𝑆𝑢𝑚 𝑛∙𝑚∙(𝑚+1)+ ∑ 𝑇 𝑖 𝑛 𝑖=1 𝑚−1 ⁄ (4.8) Полученные значения сравниваются с 𝜒 табл 2 , который определяется по числу степеней свободы (m+1) и уровню значимости, который был принят на уровне α=0,05. В случае соблюдения условия 𝜒 эмп 2 > 𝜒 табл 2 мнения признаются согласованными, коэффициент конкордации значимым. Во всех случаях выполняется условие 𝜒 эмп 2 > 𝜒 табл 2 , что говорит о неслучайности значений коэффициента конкордации 𝑊𝑘 , а значит все полученные ранги (критериальные оценки мероприятия) в таблицах 4.4 – 4.6 могут применяться для дальнейшей разработки методики обеспечения БДД на ФАД. 108 4.4. Применение нечеткого логического вывода для определения величины критериального требования Критериальным требованием системы оперативного управления БДД выбран уровень опасности 𝑢 𝑖 . При повышенном уровне опасности необходимо инициировать процесс принятия решений и выбора мероприятий субъектами системы. В связи с этим поставлена задача по определению правил перехода от характеристики объекта управления К оп 𝑖 к уровню опасности 𝑢 𝑖 (задача 4 п. 4.1). Он является безразмерным и необходим для формализации управления (постановки математической задачи). Для определения правил использована нечеткая логика, в частности алгоритм нечеткого вывода – получения нечетких заключений на основе нечетких условий с использованием понятий нечеткой логики [159]. Алгоритм процесса нечеткого вывода в нечетких системах управления включает ряд этапов: определение входных переменных, характеризующих состояние объекта, формирование базы правил, фаззификация входных переменных, аккумулирование заключений, дефаззификация выходных переменных [14]. Входной переменной является риск возникновения КС. Для определения базы правил, совокупность которых представляет собой базу правил нечетких продукций, требуется задать множество правил нечетких продукций, множество входных и выходных лингвистических переменных. Для определения множества входной лингвистической переменной задано: – его название «риск возникновения КС, 𝐾 оп 𝑖 »; – базовое терм-множество: «низкий, высокий, критический»; – область определения: (0; ∞). С целью определения функций принадлежности 𝜇(𝐾 оп 𝑖 ) использована свободно распространяемая бесплатная программа FisPro, которая позволяет реализовывать задачи моделирования на базе нечеткой логики [160]. 109 Для определения правила и границ перехода использована сравнительная оценка риска. Низким уровнем может считаться то его значение, которое не превышает критического. Сравнение уровня опасности с критическим представлено в научных исследованиях по БДД, в частности в [84]. Оно также может быть определено на основе нормативно-правовых актов в области снижения аварийности на ФАД или целевого показателя погибших, утвержденного в региональной государственной программе по повышению БДД. В Алтайском крае такой программой является «Обеспечение прав граждан и их безопасности», подпрограмма 2 «Повышение безопасности дорожного движения в Алтайском крае». Целью подпрограммы является уменьшение погибших до 230 человек в год к 2021 году. Вклад дороги А-322 в количество погибших в регионе составляет 12,02% (в среднем за 2015–2019 годы), соответственно критическим значением летальных исходов на рассматриваемой дороге составляет 28 человек в год. Среднее число погибших на 1 ДТП на исследуемой дороге составляет 0,34, соответственно максимально допустимое число ДТП с пострадавшими составляет 82. Доля ДТП с пострадавшими в общей совокупности аварий на дороге А-322 составляет 27,7%, поэтому, с учетом протяженности дороги, критическое значение общей аварийности на километровом участке дороги составляет 0,92 ДТП/год. В таблице 4.8 представлены критические значения риска возникновения КС для дороги А-322 на основе индикаторов указанной государственной программы. Таблица 4.8 – Критические значения риска возникновения КС для дороги А-322 на период 2021 – 2024 2021 год 2022 год 2023 год 2024 год К оп крит 0,92 0,79 0,60 0,35 110 Для прочих ФАД критическое значения риска возникновения КС может быть выражено с помощью формулы (4.19). К оп крит = 𝐹𝑎𝑡∙𝑃𝑒𝑟 ψ∙𝑆ℎ∙δ ; (4.9) где Fat – целевое значение числа погибших в регионе, определяемое в рамках действующей в регионе целевой программы по повышению БДД; 𝑃𝑒𝑟 – вклад дороги в общую аварийность в регионе (отношение числа погибших на дороге к общему числу погибших в регионе за предшествующий год); ψ – число погибших, приходящихся на одно ДТП с пострадавшими на дороге; Sh – доля ДТП с пострадавшими в общем числе ДТП на дороге; δ – протяженность дороги. Критическое значение критерия может быть изменено по соглашению субъектов системы управления в зависимости от реальной возможности исполнения мероприятий. Ядром терм-множества «низкий» входной переменной является интервал (0; К оп крит ], которое для выбранной дороги составляет (0; 0,92]. Для определения ядер других терм-множеств применена гипотеза о том, что «высокий» риск возникновения КС представляет собой удвоенное значение ( 2 ∙ К оп крит ) , а «критический» – утроенное ( 3 ∙ К оп крит ). В качестве функций принадлежности применены наиболее распространенные стандартные функции: треугольная и трапецеидальная. Функции принадлежности входной переменной 𝜇(𝐾 оп 𝑖 ) представлены с использованием программы FisPro на рисунке 4.3. 111 Рисунок 4.3 – Функции принадлежности входной переменной на интервале (0; 6] Для определения множества выходной лингвистической переменной задано: - его название «приведенный уровень опасности, 𝑢 𝑖 ′ »; - базовое терм-множество «низкое, высокое, критическое»; - область определения (0; 6]. Данный интервал выбран на основании области определения рангов мероприятий [1; 6] и интервала (0;1] – условно безопасной зоны, при котором оперативные мероприятия по БДД не требуются. Ядром терм-множества является «низкий» интервал (0; 1]; ядром терм-множества «высокий» является середина заданного интервала (3); ядром терм-множества «критический» является интервал [5; 6]. В качестве функций принадлежности выбраны трапецеидальные и треугольная. Функции принадлежности выходной переменной 𝜇(𝑢) представлены с использованием программы FisPro на рисунке 4.4. 112 Рисунок 4.4 – Функции принадлежности выходной переменной База правил сформирована следующим образом: Правило_1: «ЕСЛИ риск возникновения КС “низкий” ТО приведенный уровень опасности “низкий”» Правило_2: «ЕСЛИ риск возникновения КС “высокий” ТО приведенный уровень опасности “высокий”» Правило_3: «ЕСЛИ риск возникновения КС “критический” ТО приведенный уровень опасности “критический”» (4.10) В программе FisPro база данных сформирована следующим образом (рисунок 4.5). Рисунок 4.5 – База правил 113 Следующим этапом процесса нечеткого вывода является фаззицикация – «процесс или процедура нахождения значений функций принадлежности нечетких множеств (термов) на основе обычных (не нечетких) исходных данных» [159]. В результате фаззификации определены функции принадлежности входящей переменной к каждому терм-множеству. Следующим этапом является агрегирование (определение степени истинности по каждому правилу), активизации (нахождение степени истинности подзаключений при наличии весовых коэффициентов правил), аккумуляция (определение функции принадлежности для выходной переменной), дефаззификации (определение числового значения выходной переменной). В программе FisPro приведенные этапы автоматизированы, пример результата нечеткого вывода представлен на рисунке 4.6. Рисунок 4.6 – Пример результата нечеткого логического вывода Дальнейшее моделирование процесса принятия решений осуществляется в зоне повышенного риска ( К оп > К оп крит ), поэтому для расчета критериального требования уровня опасности – u i , необходимо вычесть из значения приведенного уровня опасности единицу (величина приведенного уровня опасности при К оп = К оп крит ). 114 С помощью метода нечеткого логического вывода и сравнению значения риска возникновения КС с его критическим значением получены правила перехода от состояния объекта управления на i-ом участке – К оп 𝑖 к уровню опасности 𝑢 𝑖 [161]. Уровень опасности является критериальным требованием системы управления и процесс принятия решений инициируется в зоне повышенного риска, т.е. при 𝑢 𝑖 > 0. 4.5 Методика обеспечения безопасности дорожного движения на ФАД Для практического внедрения результатов исследования разработана методика обеспечения безопасности дорожного движения на ФАД на примере Алтайского края. Она включает в себя порядок функционирования («последовательность получения информации и выбора стратегии субъектами системы» [147]), который состоит из трех этапов, по каждому из этапов составлен алгоритм реализации, цветом отмечены действия, выполняемые информационным центром (ИЦ) (зеленый) и активными элементами (АЭ) (желтый): 1. Мониторинг обстановки и инициирование процесса принятия решений по выбору стратегии производится ИЦ на основе контроля за значением риска возникновения КС ( К оп 𝑖 ) и уровнем опасности 𝑢 𝑖 на i-ых километровых участках дороги. Работа в ИЦ формируется следующим образом: с определенной периодичностью времени T м производится мониторинг: определяется 𝐾 оп 𝑖 на всех i-ых участках дороги; на основе полученных значений и правил определения критериального требования (4.10) рассчитывается 𝑢 𝑖 Выделяются участки дороги, на которых ситуация находится в зоне повышенного риска: 𝑢 𝑖 > 0 (риск возникновения КС превышает его критическое значение), т.е. участки, на которых необходимы оперативные мероприятия по 115 обеспечению БДД (недопущению ДТП) и инициируется процесс принятия решений. Последовательность действий, выполняемых на данном этапе представлена на рисунке 4.7. Рисунок 4.7 – Алгоритм реализации этапа 1 «Мониторинг обстановки и инициирование процесса принятия решений» Участки с равным уровнем опасности объединяются в одну группу. При отсутствии дорожных работ или других локальных изменений условий движения участки дороги, расположенные в пределах 20–50 км будут группироваться в соответствии с кластером. В результате может быть сформирована таблица (таблица 4.9). Процесс принятия решений реализуется для каждой группы участков дороги. Индекс i далее опущен. Таблица 4.9 – Пример формирования таблицы значений уровня опасности по участкам ФАД Группа участков дороги Значение 𝑢 𝑖 Инициирование процесса принятия решений км 129+000 – км 130+000 2,3 да км 128+000 1,0 да км 126+000 – км 127+000; км 131+000 – км 138+000 -0,4 нет Начало, 1. Определение 2. Определение 3. i оп К i u 0 i u да нет 0 t м T t t 0 1 Конец этапа 1 116 При отсутствии отрезков дороги, на которых необходимы оперативные мероприятия по обеспечению БДД, процесс принятия решений не инициируется. Получение информации, ее ввод, расчет К оп 𝑖 и 𝑢 𝑖 является функцией контроля за показателями риска и предлагается к выполнению диспетчером ИЦ в круглосуточном режиме. Повтор процесса мониторинга осуществляется через определенное время T м , которое может быть принято стандартным (3 часа). В случае ЧС – в реальном времени. 2. Процесс принятия решений. На данном этапе ИЦ реализует функцию по осуществлению взаимодействия, координации и согласованности действий АЭ. Инициирование процесса принятия решения рекомендуется реализовывать в формате селекторного совещания. После подключения АЭ, ИЦ доводит информацию об уровне опасности ( 𝑢 ). АЭ определяют интервал, к которому принадлежит 𝑢 (таблица 4.10) и в режиме оперативного обмена информацией выбирают одну из рекомендуемых стратегий. На данном шаге реализуется свойство активности АЭ: выбор одной из рекомендуемых стратегии осуществляется с учетом особенностей сложившейся обстановки, наличия реальных сил и средств. Также АЭ определяет время реализации выбранной стратегии t с . Алгоритм реализации этапа представлен на рисунке 4.8. В таблице 4.10 представлены рекомендуемые стратегии в зависимости от значения уровня опасности 𝑢. Обозначения мероприятий соответствуют таблицам 4.4 – 4.6 из п.4.3. Перечень рекомендуемых мероприятий определен на основе правила (4.11): сумма критериальных оценок рекомендуемых мероприятий с учетом веса активных элементов должна быть больше или равна уровню опасности. ∑ ∑ (𝑅′ ∙ 𝑊 𝑗 ) 𝑘 𝑦=1 3 𝑗=1 ≥ 𝑢, (4.11) где 𝑅′ – приведенный ранг (критериальная оценка) 𝑙 𝑦 АЭ 𝑗 мероприятия; 𝑊 𝑗 – вес j-го АЭ; k – количество выбранных мероприятий j-ым АЭ. 117 Таблица 4.10 – Перечень рекомендуемых стратегий в зависимости от значения уровня опасности Интервалы, к которым может принадлежать 𝑢 Рекомендуемые стратегии 𝑢 ∈ (0; 1] 𝑙 6 АЭ1 ; 𝑙 5 АЭ2 𝑢 ∈ (1; 2] 𝑙 6 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 5 АЭ1 ; 𝑙 4 АЭ1 ; 𝑙 5 АЭ2 𝑢 ∈ (2; 3] 𝑙 6 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 3 АЭ2 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 6 АЭ1 ; 𝑙 6 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ1 𝑢 ∈ (3; 4] 𝑙 3 АЭ1 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 3 АЭ2 + 𝑙 6 АЭ1 ; 𝑙 2 АЭ2 𝑢 ∈ (4; 5] 𝑙 2 АЭ1 + 𝑙 4 АЭ2 ; 𝑙 3 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 3 АЭ1 + 𝑙 6 АЭ2 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ1 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ1 + 𝑙 4 АЭ2 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ2 + 𝑙 4 АЭ3 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 3 АЭ3 + 𝑙 4 АЭ2 + 𝑙 6 АЭ1 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ3 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 5 АЭ1 + 𝑙 1 АЭ3 + 𝑙 6 АЭ1 𝑢 ∈ (5; 6] 𝑙 2 АЭ1 + 𝑙 4 АЭ2 ; 𝑙 2 АЭ1 + 𝑙 4 АЭ2 + 𝑙 2 АЭ3 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 3 АЭ3 + 𝑙 4 АЭ2 + 𝑙 5 АЭ1 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 5 АЭ3 + 𝑙 4 АЭ2 + 𝑙 1 АЭ3 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 1 АЭ3 + 𝑙 5 АЭ2 ; 𝑙 4 АЭ1 + 𝑙 1 АЭ3 + 𝑙 5 АЭ1 𝑢 > 6 𝑙 1 АЭ1 + 𝑙 4 АЭ2 + 𝑙 1 АЭ3 Указанное правило (4.11) формирует положение о том, что реализация одного или нескольких мероприятий одним или несколькими АЭ может «компенсировать» текущий уровень опасности, тем самым позволив обеспечить БДД на выбранном участке ФАД. Рисунок 4.8 – Алгоритм реализации этапа 2 «Процесс принятия решений» Приведенный перечень рекомендуемых стратегий является базовым, но не исчерпывающим и может быть скорректирован в процессе совершенствования системы оперативного управления БДД на ФАД. Если участники системы Начало этапа 2 Конец этапа 2 1.Инициирование процесса принятия решения – организация подключения АЭ 2.Информирование АЭ о значении u 3.Определение числового интервала, к которому принадлежит u 4.Выбор одной из рекомендуемых стратегии и времени реализации t c 118 предлагают другой комплекс мероприятий, ИЦ проверяет выполнение условия (4.11) и рекомендует/не рекомендует предложенный комплекс. 3. Создание базы знаний. После реализации мероприятий через время t с , ИЦ производит регистрацию отклика системы в форме бинарного сигнала: 0 – ДТП не произошло; 1 – ДТП произошло. На основе информации о проводимых мероприятиях, характеристики ситуации и отклика системы диспетчером ИЦ заполняется база знаний (БЗ). Алгоритм реализации этапа представлен на рисунке 4.9. Рисунок 4.9 – Алгоритм реализации этапа 3 «Создание базы знаний» В таблице 4.11 представлен пример заполнения БЗ. При накоплении достаточного объема знаний в БЗ (наличие в каждом интервале u примера ситуации) рекомендуется ее использование в процессе принятия решений. Для этого определяется ситуация из БЗ, характеризующаяся наиболее близким значением уровня опасности u к уровню опасности текущей ситуации, и предлагается стратегия, реализованная в ситуации из БЗ и указывается отклик системы [162]. АЭ принимают решение, следовать ли рекомендациям, полученным на БЗ или проводить другой комплекс мероприятий. Таблица 4.11 – Пример заполнения базы знаний Показатели Характеристики ситуации и выбранных стратегий Дата, время 15.10. 2020 15:15 Участок дороги 131 км Уровень опасности 𝑢 𝑖 1,1 Примечание Небольшой снегопад Мероприятия АЭ 1 𝑙 4 АЭ1 , Очистка дорожного полотна, t с =3 ч Начало этапа 3 Регистрация отклика системы Внесение информации о характеристике ситуации, стратегии и отклике системы в БЗ Конец этапа 3 База знаний 119 Показатели Характеристики ситуации и выбранных стратегий Мероприятия АЭ 2 0 Мероприятия АЭ 3 0 Отклик системы 0 Разработанная методика обеспечения БДД на ФАД на основе оперативного реагирования на повышенный риск возникновения КС с учетом формирования БЗ представлена в виде алгоритма, включающего три этапа и 11 шагов (рисунок4.10). Рисунок 4.10 – Методика обеспечения БДД на ФАД Начало, 1. Формирование исходных данных и определение 2. Определение 3. i оп К i u 0 i u да нет 0 t м T t t 0 1 4.Инициирование процесса принятия решения – организация подключения АЭ 5.Информирование АЭ о значении u 8.Определение числового интервала, к которому принадлежит u 9.Выбор одной из рекомендуемых стратегии по таблице 4.10 и времени реализации t c 6.Вывод характеристик наиболее близкой ситуации по значению u, стратегии и отклика 7.Следовать ситуации из БЗ? 10.Регистрация отклика системы 11.Внесение информации о характеристике ситуации, стратегии и отклике системы в БЗ Конец База знаний нет да t с t с |