DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.256-272

Концепція оцінки ергономічної стійкості транспортного потоку великих міст з урахуванням динамічності зміни впливових факторів

В.А. Войтов, А.Г. Кравцов, А.В. Войтов, Н.Г. Бережна, І.І. Сисенко, Л.Ф. Кривенко, І. Г. Бабарика

Об авторах

В.А. Войтов, професор, доктор технічних наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: vavoitovva@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5383-7566

А.Г. Кравцов, доцент, кандидат технічних наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: kravcov_84@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-3103-6594

А.В. Войтов, доцент, кандидат технічних наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, e-mail: K1kavoitov@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-5626-131X

Н.Г. Бережна, доцент, кандидат технічних наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: bereg_nat@ukr.net , ORCID ID: 0000-0001-8740-3387

І.І. Сисенко, кандидат технічних наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: Igor.sysenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-0005-7640

Л.Ф. Кривенко, директор АТП 16363, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: leonid.krivenko@atp16363.org.ua, ORCID ID: 0009-0006-2720-0901

І.Г. Бабарика, доцент, кандидат сільськогосподарських наук, Державний біотехнологічний університет, м. Харків, Україна, е-mail: babarikaigor29@gmail.com, ORCID ID: 0009-0005-3534-8968

Анотація

Представлено концепцію оцінки стійкості руху транспортних потоків з урахуванням динамічності зміни впливових факторів. У роботі розроблено методичний підхід прогнозування завантаженості вулиць великих міст. Методичний підхід враховує коливання динамічності транспортного потоку у вигляді зміни прискорення руху автомобілів в потоці та коливання зміни інфраструктури дорожнього середовища, яке пов`язане з кількістю світлофорів, пішохідних переходів та кількістю смуг руху. Сформульовано концепцію моделювання та прогнозування стійкості транспортних потоків великих міст до утворення заторів. Обґрунтовано основні складові концепції, за якими поетапно виконується така оцінка з урахуванням динамічності зміни впливових факторів. Запропонована концепція відрізняється від відомих тим, що враховує коливання параметрів транспортного потоку – щільності та швидкості руху автомобілів, як функції часу.

Ключові слова

концепція, стійкість, транспортний потік, прогнозування, динамічна модель, щільність транспортного потоку, швидкість руху, критерій робастності транспортного потоку, амплітуда коливань, період коливань, затор

Повний текст:

PDF

Посилання

1. Оцінка ергономічної стійкості транспортного потоку на дільницях дорожньої мережі. Ідентифікація математичної моделі / Войтов В.А. та ін. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 7(38), ч.І. С. 236-245. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).1.236-245

2. Обгрунтування критерію стійкості транспортного потоку на дільницях дорожньої мережі / Кравцов А.Г. та ін. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 7(38), ч.ІІ. С. 222-230. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.222-230

3. Дослідження математичної моделі стійкості транспортного потоку на дільницях дорожньої мережі міста / Горяїнов О.М. та ін. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 8(39), ч.І. С. 183-195. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).1.183-195

4. Прогнозування завантаженості вулиць великих міст з урахуванням коливань щільності та швидкості руху транспортних потоків / Войтов В.А. та ін. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2024. Вип. 9(40), ч.І. С. 165-177. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).1.165-177

5. Wang, S., Chen, C., Zhang, J., Gu, X., & Huang, X. Vulnerability assessment of urban road traffic systems based on traffic flow. International Journal of Critical Infrastructure Protection. 2022. 38, 100536. https://doi.org/10.1016/j.ijcip.2022.100536

6. Romanowska, A., & Jamroz, K. Comparison of traffic flow models with real traffic data based on a quantitative assessment. Applied Sciences. 2021. 11(21), 9914. https://doi.org/10.3390/app11219914

7. Gore, N., Chauhan, R., Easa, S., & Arkatkar, S. Traffic conflict assessment using macroscopic traffic flow variables: A novel framework for real-time applications. Accident Analysis & Prevention. 2023. 185, 107020. https://doi.org/10.1016/j.aap.2023.107020

8. Mohammadian, S., Haque, M. M., Zheng, Z., & Bhaskar, A. Integrating safety into the fundamental relations of freeway traffic flows: A conflict-based safety assessment framework. Analytic methods in accident research. 2021. 32, 100187. https://doi.org/10.1016/j.amar.2021.100187

9. Lan, C. J., & Davis, G. A. Empirical assessment of a Markovian traffic flow model. Transportation research record. 1997. 1591(1), P. 31-37. https://doi.org/10.3141/1591-05

10. Juran, I., Prashker, J. N., Bekhor, S., & Ishai, I. A dynamic traffic assignment model for the assessment of moving bottlenecks. Transportation research part C: emerging technologies. 2009. 17(3), P. 240-258. https://doi.org/10.1016/j.trc.2008.10.003

11. Treiber, M., & Kesting, A. Validation of traffic flow models with respect to the spatiotemporal evolution of congested traffic patterns. Transportation research part C: emerging technologies. 2012. 21(1), P. 31-41. https://doi.org/10.1016/j.trc.2011.09.002

12. Mei, Y., Wang, S., Gong, M., & Chen, J. Urban Traffic Dominance: A Dynamic Assessment Using Multi-Source Data in Shanghai. Sustainability. 2024. 16(12), 4956. https://doi.org/10.3390/su16124956

13. Pompigna, A., & Mauro, R. A Statistical Simulation Model for the Analysis of the Traffic Flow Reliability and the Probabilistic Assessment of the Circulation Quality on a Freeway Segment. Sustainability. 2022. 14(23), 16019. https://doi.org/10.3390/su142316019

14. Goh, Y. M., & Love, P. E. Methodological application of system dynamics for evaluating traffic safety policy. Safety science. 2012. 50(7), P. 1594-1605. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2012.03.002

15. Zeng, J., Qian, Y., Wang, B., Wang, T., & Wei, X. The impact of traffic crashes on urban network traffic flow. Sustainability. 2019. 11(14), 3956. https://doi.org/10.3390/su11143956

16. Xiao, D., Ding, H., Sze, N. N., & Zheng, N. Investigating built environment and traffic flow impact on crash frequency in urban road networks. Accident Analysis & Prevention. 2024. 201, 107561. https://doi.org/10.1016/j.aap.2024.107561

17. Ognjenovic, S., Donceva, R., & Vatin, N. Dynamic homogeneity and functional dependence on the number of traffic accidents, the role in urban planning. Procedia Engineering, 2015. 117. P. 551-558. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.212

18. Theofilatos, A., & Yannis, G. A review of the effect of traffic and weather characteristics on road safety. Accident Analysis & Prevention. 2014. 72, P. 244-256. https://doi.org/10.1016/j.aap.2014.06.017

19. Cheng, Z., Lu, J., & Li, Y. Freeway crash risks evaluation by variable speed limit strategy using real-world traffic flow data. Accident Analysis & Prevention. 2018. 119, P. 176-187. https://doi.org/10.1016/j.aap.2018.07.009

20. Golob, T. F., Recker, W. W., & Alvarez, V. M. Freeway safety as a function of traffic flow. Accident Analysis & Prevention. 2004. 36(6), P. 933-946. https://doi.org/10.1016/j.aap.2003.09.006

21. Shi, A., Tao, Z., Xinming, Z., & Jian, W. Evolution of traffic flow analysis under accidents on highways using temporal data mining. In 2014 Fifth International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications. 2014. P. 454-457. https://doi.org/10.1109/ISDEA.2014.109

22. Jiang, R., Jin, C. J., Zhang, H. M., Huang, Y. X., Tian, J. F., Wang, W., ... & Jia, B. Experimental and empirical investigations of traffic flow instability. Transportation research part C: emerging technologies. 2018. 94, P. 83-98. https://doi.org/10.1016/j.trc.2017.08.024

23. Shen, J., & Yang, G. Crash risk assessment for heterogeneity traffic and different vehicle-following patterns using microscopic traffic flow data. Sustainability. 2020. 12(23), 9888. https://doi.org/10.3390/su12239888

24. Cascetta, E., Punzo, V., & Montanino, M. Empirical analysis of effects of automated section speed enforcement system on traffic flow at freeway bottlenecks. Transportation research record. 2011. 2260(1), P. 83-93. https://doi.org/10.3141/2260-10

25. Hafram, S. M., & Asrib, A. R. Traffic Conditions and Characteristics: Investigation of Road Segment Performance. International Journal of Environment, Engineering and Education. 2022. 4(3), P. 108-114. http://ijeedu.com/index.php/ijeedu/article/view/77

26. Sugiyama, Y., Fukui, M., Kikuchi, M., Hasebe, K., Nakayama, A., Nishinari, K., ... & Yukawa, S. Traffic jams without bottlenecks—experimental evidence for the physical mechanism of the formation of a jam. New journal of physics. 2008. 10(3), 033001. DOI 10.1088/1367-2630/10/3/033001

27. Feng, X., Zhang, Y., Qian, S., & Sun, L. The traffic capacity variation of urban road network due to the policy of unblocking community. Complexity. 2021. 9292389. https://doi.org/10.1155/2021/9292389

28. Almatar, K. M. Traffic congestion patterns in the urban road network: (Dammam metropolitan area). Ain Shams engineering journal. 2023. 14(3), 101886. https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101886

29. Khattak, M. W., De Backer, H., De Winne, P., Brijs, T., & Pirdavani, A. Analysis of Road Infrastructure and Traffic Factors Influencing Crash Frequency: Insights from Generalised Poisson Models. Infrastructures. 2024. 9(3), 47. https://doi.org/10.3390/infrastructures9030047

30. Ernazarov, A. Efficiency of functioning of intersections with high-intensity traffic and pedestrian flows. Technical science and innovation. 2022. P. 192-197. https://doi.org/10.51346/tstu-01.22.1-77-0162

31. Zhao, H. T., Yang, S., & Chen, X. X. Cellular automata model for urban road traffic flow considering pedestrian crossing street. Physica A: statistical mechanics and its applications. 2016. 462, P. 1301-1313. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.06.146

32. Nagatani, T. The physics of traffic jams. Reports on progress in physics. 2002. 65(9), 1331. DOI 10.1088/0034-4885/65/9/203

33. Fei, L., Zhu, H. B., & Han, X. L. Analysis of traffic congestion induced by the work zone. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2016. 450, P. 497-505. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.036

34. Rodriguez, E., Ferreira, N., & Poco, J. JamVis: exploration and visualization of traffic jams. The European Physical Journal Special Topics. 2022. 231 (9), P. 1673-1687. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-021-00424-2

Пристатейна бібліографія ГОСТ

1. Vojtov, V.A. et al. (2023). Otsinka erhonomichnoi stijkosti transportnoho potoku na dil'nytsiakh dorozhn'oi merezhi. Identyfikatsiia matematychnoi modeli [Assessment of ergonomic sustainability of traffic flow at road network sections. Identification of a mathematical model]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk. Tekhnichni nauky – Central Ukrainian scientific bulletin. Technical Sciences, 7(38), 236-245. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).1.236-245 [in Ukrainian].

2. Kravtsov, A.H. et al. (2023). Obhruntuvannia kryteriiu stijkosti transportnoho potoku na dil'nytsiakh dorozhn'oi merezhi [Justification of the traffic flow stability criterion at the sections of the road network]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk. Tekhnichni nauky – Central Ukrainian scientific bulletin. Technical Sciences, 7(38), 222-230. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.222-230 [in Ukrainian].

3. Horiainov, O.M. et al. (2023). Doslidzhennia matematychnoi modeli stijkosti transportnoho potoku na dil'nytsiakh dorozhn'oi merezhi mista [Study of the mathematical model of the stability of the traffic flow in the sections of the city's road network]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk. Tekhnichni nauky – Central Ukrainian scientific bulletin. Technical Sciences, 8(39), I, 183-195 https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).1.183-195 [in Ukrainian].

4. Vojtov V.A. at al. (2024). Prohnozuvannya zavantazhenosti vulytsʹ velykykh mist z urakhuvannyam kolyvanʹ shchilʹnosti ta shvydkosti rukhu transportnykh potokiv [Forecasting the congestion of the streets of large cities, taking into account fluctuations in the density and speed of traffic flows]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk. Tekhnichni nauky – Central Ukrainian scientific bulletin. Technical Sciences, 9(40),1 pp. 165-177. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).1.165-177 [in Ukrainian].

5. Wang, S., Chen, C., Zhang, J., Gu, X., & Huang, X. (2022). Vulnerability assessment of urban road traffic systems based on traffic flow. International Journal of Critical Infrastructure Protection. 38, 100536. https://doi.org/10.1016/j.ijcip.2022.100536 [in English].

6. Romanowska, A., & Jamroz, K. (2021). Comparison of traffic flow models with real traffic data based on a quantitative assessment. Applied Sciences. 11(21), 9914. https://doi.org/10.3390/app11219914 [in English].

7. Gore, N., Chauhan, R., Easa, S., & Arkatkar, S. (2023). Traffic conflict assessment using macroscopic traffic flow variables: A novel framework for real-time applications. Accident Analysis & Prevention. 185, 107020. https://doi.org/10.1016/j.aap.2023.107020 [in English].

8. Mohammadian, S., Haque, M. M., Zheng, Z., & Bhaskar, A. (2021). Integrating safety into the fundamental relations of freeway traffic flows: A conflict-based safety assessment framework. Analytic methods in accident research. 32, 100187. https://doi.org/10.1016/j.amar.2021.100187 [in English].

9. Lan, C. J., & Davis, G. A. (1997). Empirical assessment of a Markovian traffic flow model. Transportation research record. 1591(1), P.31-37. https://doi.org/10.3141/1591-05 [in English].

10. Juran, I., Prashker, J. N., Bekhor, S., & Ishai, I. (2009). A dynamic traffic assignment model for the assessment of moving bottlenecks. Transportation research part C: emerging technologies. 17(3), P. 240-258. https://doi.org/10.1016/j.trc.2008.10.003 [in English].

11. Treiber, M., & Kesting, A. (2012). Validation of traffic flow models with respect to the spatiotemporal evolution of congested traffic patterns. Transportation research part C: emerging technologies. 21(1), P. 31-41. https://doi.org/10.1016/j.trc.2011.09.002 [in English].

12. Mei, Y., Wang, S., Gong, M., & Chen, J. (2024). Urban Traffic Dominance: A Dynamic Assessment Using Multi-Source Data in Shanghai. Sustainability. 16(12), 4956. https://doi.org/10.3390/su16124956 [in English].

13. Pompigna, A., & Mauro, R. A (2022). Statistical Simulation Model for the Analysis of the Traffic Flow Reliability and the Probabilistic Assessment of the Circulation Quality on a Freeway Segment. Sustainability. 14(23), 16019. https://doi.org/10.3390/su142316019 [in English].

14. Goh, Y. M., & Love, P. E. (2012). Methodological application of system dynamics for evaluating traffic safety policy. Safety science. 50(7), P. 1594-1605. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2012.03.002 [in English].

15. Zeng, J., Qian, Y., Wang, B., Wang, T., & Wei, X. (2019). The impact of traffic crashes on urban network traffic flow. Sustainability. 11(14), 3956. https://doi.org/10.3390/su11143956 [in English].

16. Xiao, D., Ding, H., Sze, N. N., & Zheng, N. (2024). Investigating built environment and traffic flow impact on crash frequency in urban road networks. Accident Analysis & Prevention. 201, 107561. https://doi.org/10.1016/j.aap.2024.107561 [in English].

17. Ognjenovic, S., Donceva, R., & Vatin, N. (2015). Dynamic homogeneity and functional dependence on the number of traffic accidents, the role in urban planning. Procedia Engineering, 117. P. 551-558. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.212 [in English].

18. Theofilatos, A., & Yannis, G. (2014). A review of the effect of traffic and weather characteristics on road safety. Accident Analysis & Prevention. 72, P. 244-256. https://doi.org/10.1016/j.aap.2014.06.017 [in English].

19. Cheng, Z., Lu, J., & Li, Y. (2018). Freeway crash risks evaluation by variable speed limit strategy using real-world traffic flow data. Accident Analysis & Prevention. 119, P. 176-187. https://doi.org/10.1016/j.aap.2018.07.009 [in English].

20. Golob, T. F., Recker, W. W., & Alvarez, V. M. (2004). Freeway safety as a function of traffic flow. Accident Analysis & Prevention. 36(6), P. 933-946. https://doi.org/10.1016/j.aap.2003.09.006 [in English].

21. Shi, A., Tao, Z., Xinming, Z., & Jian, W. (2014). Evolution of traffic flow analysis under accidents on highways using temporal data mining. In 2014 Fifth International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications. P. 454-457. https://doi.org/10.1109/ISDEA.2014.109 [in English].

22. Jiang, R., Jin, C. J., Zhang, H. M., Huang, Y. X., Tian, J. F., Wang, W., ... & Jia, B. (2018). Experimental and empirical investigations of traffic flow instability. Transportation research part C: emerging technologies. 94, P. 83-98. https://doi.org/10.1016/j.trc.2017.08.024 [in English].

23. Shen, J., & Yang, G. (2020). Crash risk assessment for heterogeneity traffic and different vehicle-following patterns using microscopic traffic flow data. Sustainability. 12(23), 9888. https://doi.org/10.3390/su12239888 [in English].

24. Cascetta, E., Punzo, V., & Montanino, M. (2011). Empirical analysis of effects of automated section speed enforcement system on traffic flow at freeway bottlenecks. Transportation research record. 2260(1), P. 83-93. https://doi.org/10.3141/2260-10 [in English].

25. Hafram, S. M., & Asrib, A. R. (2022.) Traffic Conditions and Characteristics: Investigation of Road Segment Performance. International Journal of Environment, Engineering and Education. 4(3), P. 108-114. http://ijeedu.com/index.php/ijeedu/article/view/77 [in English].

26. Sugiyama, Y., Fukui, M., Kikuchi, M., Hasebe, K., Nakayama, A., Nishinari, K., ... & Yukawa, S. (2008). Traffic jams without bottlenecks—experimental evidence for the physical mechanism of the formation of a jam. New journal of physics. 10(3), 033001. DOI 10.1088/1367-2630/10/3/033001 [in English].

27. Feng, X., Zhang, Y., Qian, S., & Sun, L. (2021). The traffic capacity variation of urban road network due to the policy of unblocking community. Complexity. 9292389. https://doi.org/10.1155/2021/9292389 [in English].

28. Almatar, K. M. (2023). Traffic congestion patterns in the urban road network: (Dammam metropolitan area). Ain Shams engineering journal. 14(3), 101886. https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101886 [in English].

29. Khattak, M. W., De Backer, H., De Winne, P., Brijs, T., & Pirdavani, A. (2024). Analysis of Road Infrastructure and Traffic Factors Influencing Crash Frequency: Insights from Generalised Poisson Models. Infrastructures. 9(3), 47. https://doi.org/10.3390/infrastructures9030047 [in English].

30. Ernazarov, A. (2022). Efficiency of functioning of intersections with high-intensity traffic and pedestrian flows. Technical science and innovation. P. 192-197. https://doi.org/10.51346/tstu-01.22.1-77-0162 [in English].

31. Zhao, H. T., Yang, S., & Chen, X. X. (2016). Cellular automata model for urban road traffic flow considering pedestrian crossing street. Physica A: statistical mechanics and its applications. 462, P. 1301-1313. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.06.146 [in English].

32. Nagatani, T. (2002). The physics of traffic jams. Reports on progress in physics. 65(9), 1331. DOI 10.1088/0034-4885/65/9/203 [in English].

33. Fei, L., Zhu, H. B., & Han, X. L. (2016). Analysis of traffic congestion induced by the work zone. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 450, P. 497-505. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.036 [in English].

34. Rodriguez, E., Ferreira, N., & Poco, J. (2022). JamVis: exploration and visualization of traffic jams. The European Physical Journal Special Topics. 231 (9), P. 1673-1687. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-021-00424-2 [in English].


Copyright (c) 2024 В.А. Войтов, А.Г. Кравцов, А.В. Войтов, Н.Г. Бережна, І.І. Сисенко, Л.Ф. Кривенко, І. Г. Бабарика