Метод особых состояний

Модель фрагмента дорожно-транспортной сети

Рассмотрим наиболее сложный и распространенный фрагмент дорожно-транспортной сети – типичный регулируемый перекресток со светофором.

В результате функциональной декомпозиции системы выделено пять

доминантных составляющих, определяющих процесс дорожного движения и существенно влияющих на его безопасность: водители, транспортные средства, светофор, погодные условия, дорожные условия. Все выделенные компоненты в ходе своего функционирования оказывают влияние друг на друга, тем самым определяя сложное поведение системы в целом (рис. 1).

На основе произведенной декомпозиции построена моделирующая причинно-следственная сеть, содержащая набор моделирующих и служебных звеньев (рис. 2).

Моделирующие звенья описывают функционирование каждого из выделенных компонентов системы. Звено HD описывает поведения водителей транспортных средств, движущихся по проезжей части. Модель Рис. 2. Структура причинно-следственной сети основана на выделении типичных ситуаций, в которые попадают водители при движении, и выработке наиболее подходящей реакции, зависящей от характеристик и состояния водителя. Звено HV описывает функционирование механизмов транспортных средств, основными из которых является тормозная система и двигатель. Звено получает информацию о командах водителя и формирует измененные параметры движения, такие как ускорение и направление движения. Звено HL описывает процесс работы светофора, ядро звена основано на автоматной модели, отражающей смену сигналов светофора. Звено HC включает в себя описание процессов изменения основных элементов окружающего мира для системы, основными из которых являются ТС, светофоры и погодные условия. Основная вычислительная часть ядра звена описывает формирование траекторий движения ТС, в зависимости от их параметров движения и влияющих на дорожное покрытие погодных условий.

Процесс функционирование модели обеспечивается за счет динамической декомпозиции по времени, основанной на методе особых состояний.

Процесс моделирования разбивается на ряд временных этапов, на каждом из которых описываются автономное функционирование каждого из компонентов системы. Их взаимодействие друг с другом осуществляется между этапами. Эти моменты времени называются особыми и определяются непосредственно перед их наступлением, что делает декомпозицию гибкой и непривязанной к временной сетке.

Процедуру динамической декомпозиции по времени обеспечивает ряд служебных звеньев. HS – основное звено, реализующее механизм поиска особых состояний и управляющее процессом моделирования отдельных компонентов; HI, HO – входное и выходное звенья, осуществляющие преобразование данных для связи с внешними звеньями; Hd – звено задержки реакции на события до наступления очередного такта моделирования.

На основе предложенной причинно-следственной модели разработан подход к решению задачи поиска причин аварий на перекрестке, позволяющий экспертам производить более тщательный анализ происшествий и получать более точные и обоснованные результаты расследования.

Рассмотренная причинно-следственная модель позволяет осуществлять моделирование дорожного движения на фрагменте дорожно-транспортной сети, учитывая совместное функционирование и взаимовлияние всех основных компонентов системы. Это позволяет решать задачи анализа фактора безопасности, который требует системного подхода при моделировании.

Для простоты записи определим размер ячейки как: