МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Мусієнко Ігор Володимирович

УДК 656.13.027:519.216.3:629.058

ДОВГОСТРОКОВЕ ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗРАХУНКОВИХ

НАВАНТАЖЕНЬ НА АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРОГАХ

05.22.01 - Транспортні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, Заслужений діяч науки і техніки України, професор Гаврилов Едуард Васильович, Харківська державна академія міського господарства, професор кафедри транспортних систем та логістики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Панішев Анатолій Васильович, Житомирський державний технологічний університет, завідувач кафедрою інформатики та комп’ютерного моделювання;

кандидат технічних наук, доцент Лановий Олександр Тимофійович, Національний транспортний університет, доцент кафедри транспортних систем та маркетингу.

Провідна установа: Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України, кафедра управління експлуатаційною роботою і міжнародними перевезеннями, м. Харків.

Захист відбудеться “ 30 ” вересня 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої Вченої Ради Д 26.059.02 при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, Україна, м. Київ, вул. Суворова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного транспортного університету: 01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розіслано “ 16 ” липня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої Вченої Ради,

к.т.н., доцент Дзюба О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Комплексний розвиток матеріально-технічної бази транспорту – є найбільш важливою проблемою сучасного етапу соціально-економічних перетворень в Україні. Одним із шляхів вирішення даної проблеми є раціональні капіталовкладення в складові транспортної системи. Необхідними даними для цього є науково обґрунтовані довгострокові прогнози стану цих складових.

Специфіка завдань, пов’язаних зі значними соціальними наслідками, вимагає забезпечення глибини прогнозування на 30-40 років. Разом з тим, сучасні методи забезпечують глибину прогнозування, яка не перевищує 8-12 років. Тому розрив між необхідною глибиною прогнозування, та тією, що досягається, визначає актуальність удосконалення методів прогностики. Одним із шляхів удосконалення є встановлення закономірностей і факторів, що визначають еволюцію розрахункових характеристик складових транспортної системи.

Актуальність роботи. Відставання в удосконаленні і будівництві автомобільних доріг від швидких змін складу автотранспортних потоків призвели до виникнення протиріччя між можливостями автомобільного транспорту і можливостями його ефективного використання при перевезенні пасажирів і вантажів. Розв’язання цього протиріччя на користь вантажоперевезень по автомобільним дорогам можливе за рахунок взаємного пристосування розрахункових характеристик складових системи “людина -автомобіль-середовище руху”. Такими характеристиками є вантажопідйомність автомобіля, навантаження на задню вісь двохосьового автомобіля та коефіцієнт використання вантажопідйомності. Прогнозування вантажопідйомності дозволяє визначити подальший розвиток вантажного автомобілебудування. Прогнозування навантаження на задню вісь двохосьового автомобіля визначає необхідні транспортно-експлуатаційні характеристики автомобільних доріг. В свою чергу, прогнозування коефіцієнту використання вантажопідйомності дозволяє урахувати внесок людини у подальший розвиток транспортної системи. Всі перераховані характеристики взаємозалежні. Разом з тим, найбільш інформативною характеристикою є навантаження на задню вісь двохосьового автомобіля тому, що ця характеристика лінійно зв’язана з розрахунковим навантаженням на дорожній одяг. Саме ця характеристика може бути використана для взаємного пристосування автомобіля і дороги.

Аналіз сучасних методів прогнозування розрахункових характеристик транспортної системи показав наявність цілої низки недоліків, основними з яких є:–

відсутність системного підходу, тобто урахування впливу змін у часі технічних характеристик автомобілів, автомобільних доріг і психологічних характеристик людини;–

відсутність диференціації часу розвитку транспортної системи на періоди функціонування і розвитку, які характеризуються різними трендами її еволюції. Тому задача довгострокового прогнозування розрахункового навантаження на задню вісь двохосьового автомобіля дотепер залишається невирішеною й актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках координаційного плану Міністерства освіти і науки України з проблеми "Моделювання складних соціально – економічних, екологічних і технічних систем на основі перспективних інформаційних технологій", затвердженої наказом № 37 від 13.02.1997р.

Мета і задачі дослідження. Метою даного дослідження є розробка методики довгострокового прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

Об'єктом дослідження є система “людина – автомобіль – середовище руху”.

Предметом дослідження є еволюція компонентів системи і їх характеристик.

Методи дослідження включають: історичний метод, метод системного аналізу, імовірнісно - статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розкритті сутності закономірностей кількісних і якісних змін у стані компонентів транспортної системи, у встановленні закономірностей розвитку системи “людина – автомобіль – середовище руху” у розімкнутому стані, а також в удосконаленні методу еволюційно – імовірнісного моделювання за рахунок детального розгляду організаційних характеристик системи.

Вперше в практиці обґрунтування розрахункових характеристик автомобільних доріг застосований метод визначення стану системи, який ґрунтується на дослідженні змін максимальної і поточної ентропії, що дозволяє враховувати якісні зміни транспортної системи в прогнозованому періоді часу.

Практичне значення одержаних результатів дослідження полягає в розробці методики довгострокового прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах. Виконано прогноз розрахункових навантажень на автомобільних дорогах до 2030 року. Методика та алгоритм довгострокового прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах були впроваджені ЗАТ “Інститут Харківський Промтранспроект” при розробці інженерного проекту автомобільної дороги Бєлгород – Ахтирка.

Особистий внесок здобувача. У дисертації використані ідеї наукового керівника Гаврилова Е.В., пов’язані з аналізом динаміки причинно - наслідкових відносин між компонентами системи “людина – автомобіль – середовище руху”. Здобувачем була розроблена математична модель розвитку системи в розімкнутому стані, визначена динаміка розвитку досліджуваних показників, розраховані параметри моделі в замкненому і розімкнутому станах, зроблений прогноз розвитку компонентів системи “людина – автомобіль – середовище руху” стосовно до розрахункових навантажень на автомобільних дорогах.

За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей, 3 з яких одноосібні і 2 тези доповідей на міжнародних наукових конференціях. Внесок здобувача у статтю [1] полягає в розробці моделі еволюції системи “людина – автомобіль - середовище руху” у розімкнутому стані. Власний внесок здобувача в статтю [3] полягає в зборі необхідних технічних характеристик вантажних автомобілів для розрахунку ентропії, в уточненні методики розрахунку ентропії, а також в аналізі отриманих даних.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації були повідомлені на міжнародній науковій конференції “Автомобільний транспорт і дорожнє господарство на рубежі 3-го тисячоліття”; на міжнародній науковій конференції “Досвід і проблеми сучасного розвитку дорожнього комплексу України на етапі входження в Європейське співтовариство”; на науково - технічних конференціях Харківського національного автомобільно – дорожнього університету (19992003 р.) і Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна (2002 р.).

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 5 статтях і 2 тезах доповідей конференцій. Основна увага в статтях і тезах приділена детальному дослідженню властивостей компонентів системи “людина – автомобіль – середовище руху” з метою довгострокового прогнозування змін характеристик цієї системи.

Структура й обсяг дисертації. Повний обсяг роботи складає 173 сторінки, з них 107 сторінок основного тексту, 20 сторінок додатків, 9 сторінок використаних джерел; робота ілюструється 34 малюнками, приведено 18 таблиць. Перелік використаних джерел складається з 106 пунктів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проаналізовані методи прогнозування розрахункових характеристик на автомобільному транспорті. В основу більшості методів прогнозування покладено три основні ідеї: ідея екстраполяції, ідея математичного моделювання та ідея експертних оцінок. Різноманітна комбінація цих ідей складає сутність пропонованих методів прогнозування в сфері автомобільного транспорту: Добров Г.М., Гаврилов Е.В., Раскін Л.Г., Ярещенко Н.В., Мандриця В.М., Краєв В.М., Михайленко В.І., Четверухін Б.М., Злотник М.І., Галушко В.Г., Кійченко І.М., Носов В.П., Васильєв О.П., Яковлєв Ю.М., Коганзон І.С., Геронімус В.Л., Веліканов Д.П., Безель Б.П., Маров О.І., Варна Я.Е., Житков В.О., Дармоян П.А., Кучевський Н.Г., Шувалова М.Б., Садіков І.С., Анохін О.І., Гончаров М.Є., Шишко Д.Г., Янч Е., Ренкін В.У., Stewart H.B., Croney D.O., OFlaherty C.A., Brown L.R.

При розгляді багаторічних динамік зміни розрахункових характеристик виявлено характер розвитку у часі, який можна теоретично обґрунтувати з позиції замкненості і розімкнутості станів системи. У замкненому стані відбувається функціонування системи, у розімкнутому стані відбувається розвиток системи. Сукупність періодів замкненого і розімкнутого станів складають еволюціонування системи. Тому, до методів довгострокового прогнозування розрахункових характеристик на автомобільних дорогах повинні бути пред'явлені вимоги розгляду кожного стану (і відповідного йому періоду) окремо. Однак виявлено, що більшість методів прогнозування розрахункових характеристик на автомобільних дорогах не враховують цих вимог.

Методи прогнозування розрахункових характеристик найчастіше не мають системного підходу, хоча прогнозовані характеристики є відображенням властивостей об'єктів, що знаходяться у зв’язку з іншими об’єктами.

Виходячи з цього обґрунтована мета і задачі дослідження.

В другому розділі визначені відношення між компонентами в системі “людина - автомобіль - середовище руху” у процесі її еволюції. Кожен компонент розглянутий з позиції його внеску в еволюцію розрахункових навантажень.

У замкненому стані прийнята модель прогнозування, що характеризує вірогідністну сторону кількісної зміни досліджуваної характеристики в межах двох фіксованих рівнів: початкового і кінцевого :

де - поточна кількісна характеристика компоненту системи;

- кількісна характеристика компоненту при ;

- задана характеристика компоненту;

- імовірність того, що компонент системи не перейшов у заданий стан;

- імовірність переходу компонента в заданий стан.

Для розімкнутого стану розроблена модель прогнозування, що базується на кореляційному зв'язку між поточною ентропією і прогнозованою характеристикою.

,

де - зміна кількісної характеристики стану системи в часі;

- поточна ентропія системи;

- коефіцієнт пропорційності і розмірності:

,

де – чисельне значення досліджуваної характеристики на початку розімкнутого прогнозованого періоду;

– чисельне значення поточної ентропії системи на початку такого ж розімкнутого періоду на попередньому етапі.

Розроблено модель розвитку системи в розімкнутому стані у вигляді динаміки розвитку поточної ентропії, яка описується кривою адаптації (рис.1) за формулою

, (1)

де - декремент загасання коливань;

- похідна поточної ентропії (при ) і її початкове значення, дв. од;

- стале значення поточної ентропії (межа адаптаційних можливостей системи), дв. од.;

- кругова частота коливань, ;

T – період коливань.

Зв’язок поточної ентропії з максимальною визначається рішенням системи диференціальних рівнянь:

;

.

Якщо при і , то і .

Або .

Для замкненого стану прийнята модель функціонування системи, яка ґрунтується на визначенні імовірностей переходу від початкових до кінцевих значень прогнозованих характеристик згідно з Ярещенко Н. В.

Розбивка на лаги станів системи здійснювалася трьома способами.

Перший спосіб ґрунтується на дослідженні кількості і якості винаходів; розгляді процесів винаходу у часі, співвіднесенні періодів винаходів з періодами впровадження цих винаходів. Враховується припущення, що у розімкнутому стані відбувається здебільшого нагромадження ідей, тоді як у замкненому стані відбувається реалізація цих ідей в промисловості.

Другий спосіб ґрунтується на дослідженні динаміки середньозважених значень характеристики. Сенс цього способу полягає у тому, що середньозважені значення характеристик у динаміці можуть більш-менш різко змінюватися в залежності від стану системи.

Третій спосіб ґрунтується на дослідженні зміни максимальної ентропії: у замкненому стані максимальна ентропія стала, у розімкнутому стані максимальна ентропія змінюється відповідно до кривої адаптації (1). Методика дослідження зміни ентропії полягає в наступному:–

визначається математичне очікування і середньоквадратичне відхилення в складеній для кожного року вибірки;–

визначається число можливих станів системи (n)

де , - мінімальне і максимальне значення характеристики в даному періоді часу;

- середня помилка виміру, ;

- середньоквадратичне відхилення складеної для кожного року вибірки;–

визначається максимальна ентропія за формулою Л. Хартлі

;–

визначається поточна ентропія за формулою К. Шеннона

;

де H(t) – поточна ентропія, дв. од.;–

визначається абсолютна організація

,

де - поточна абсолютна організація, дв. од.

Для оцінки імовірностей обсяг вибірки N розноситься по класовим інтервалам, які дорівнюють

За імовірність приймається відносна частота влучення характеристики в i – тий класовий інтервал:

,

де – частота влучення характеристики в i – тий класовий інтервал.

Аналіз динаміки максимальної ентропії дає можливість визначити стан, у якому знаходиться система: якщо максимальна ентропія відносно стабільна, емпіричні значення не виходять за межі довірчого інтервалу – стан системи замкнений; якщо максимальна ентропія різко змінюється, динаміка носить коливальний характер, стабілізуючись на іншому рівні – стан системи розімкнутий.

У третьому розділі зроблена оцінка параметрів моделі прогнозування. Для цього визначалися лаги станів системи на етапі використання парових двигунів (I етап) і етапі використання двигунів внутрішнього згорання (II етап).

При визначенні лагів станів системи на етапі використання парових двигунів використовувався перший спосіб розбивки на лаги.

При визначенні лагів станів системи на етапі використання двигунів внутрішнього згорання використовувався аналіз, заснований на дослідженні динаміки середньозважених значень характеристики і зміни максимальної ентропії.

Вирівнювання емпіричних даних динаміки середньозважених значень характеристик за методом найменших квадратів показало періоди їхнього різкого і періоди уповільненого росту (рис. 1 – 3).

Рис. 1. Динаміка вантажопідйомності вантажних двохосьових автомобілів, вироблених у країнах світу

Для кожного періоду розраховувалися коефіцієнти приросту досліджуваних характеристик по формулі:

,

де - початкове значення досліджуваних характеристик автомобіля в даному періоді еволюції;

- кінцеве значення досліджуваних характеристик автомобіля в даному періоді еволюції.

Рис. 2. Динаміка навантаження на задню вісь двохосьових вантажних автомобілів, вироблених у Росії, СРСР, СНД

Рис. 3. Динаміка коефіцієнту використання вантажопідйомності двохосьових вантажних автомобілів, вироблених у світі

Коефіцієнти приросту при переході до послідовних періодів стану змінюються відповідно до формул (табл. 1).

Таблиця 1

Коефіцієнти приросту характеристик у періоди прискорених

і уповільнених темпів розвитку

Коефіцієнти приросту характеристик

у періоди прискорених темпів розвитку | у періоди уповільнених темпів розвитку

по двохосьових вантажних автомобілях, вироблених у Росії, СРСР, СНД

навантаження на вісь |

навантаження на вісь

вантажопідйомності |

вантажопідйомності

повної маси |

повної маси

по двохосьових вантажних автомобілях, вироблених у країнах світу

вантажопідйомності |

вантажопідйомності

розрахункового навантаження |

розрахункового навантаження

коефіцієнту використання вантажопідйомності |

коефіцієнту використання вантажопідйомності

Примітка: n і m – номер періоду прискорених та уповільнених темпів розвитку, відповідно.

Також встановлено, що коефіцієнти приросту на першому періоді замкненого стану системи III етапу менше коефіцієнтів приросту на першому періоді замкненого стану системи II етапу в середньому по досліджуваних характеристиках автомобільного транспорту світу в п’ять разів.

Дослідження ентропійних характеристик підтвердили вищевикладені припущення:

- у замкненому стані максимальна ентропія відносно стабільна,

- у розімкнутому стані максимальна ентропія змінюється відповідно до кривої адаптації,

- поточна ентропія в розімкнутому стані також описується кривою адаптації,

- абсолютна організація в замкненому стані системи зменшується, проходить через мінімум і, нарешті, зростає (перша частина процесу зміни рівня організації характеризує дезорганізацію “автомобіля”, відбувається руйнування старого детермінізму, друга частина процесу зміни рівня організації характеризує формування нового детермінізму).

Для прикладу на рисунку 4 показана динаміка ентропії навантаження на задню вісь двохосьових вантажних автомобілів других періодів замкненого і розімкнутого станів.

Рис. 4. Динаміка ентропії навантаження на задню вісь двохосьових вантажних автомобілів, зроблених у СРСР у замкненому і розімкнутому стані.

Цифри біля кривих:

1- максимальна ентропія,

2 - поточна ентропія;

3 - абсолютна організація;

4 - межі довірчого інтервалу

Глобальна картина зміни організаційних характеристик має наступні особливості (рис. 5):–

максимальна ентропія відносно стабільна;–

поточна ентропія екстенсивно збільшується до визначеного періоду часу, після чого поступово зменшується (при апроксимації кубічним рівнянням має екстремум, що припадає на 1984 рік);–

абсолютна організація повторює динаміку поточної ентропії (при апроксимації кубічним рівнянням має екстремум, що припадає на 1995 рік).

Такі глобальні зміни в організації системи характеризують кінець 80 - х років як кінець другого етапу наземних транспортних засобів, що підтверджує і різкий стрибок вантажопідйомності з 1988 року.

При загальносвітовому розгляді необхідно ураховувати і загальносвітові катаклізми, наслідком яких є збої ритму розвитку системи. Дослідження показують, що збої ритму не впливають на кількісне значення розглянутих характеристик, однак їх варто ураховувати при розбивці на лаги.

Порівняння чисельних значень дискретної зміни розрахункового навантаження з чисельними значеннями динаміки зміни конструктивного навантаження на вісь автомобіля показує їхню якісну ідентичність: розрахункове навантаження за досліджуваний період вище навантаження на задню вісь у середньому на величину 1.7 ( - середньоквадратичне відхилення конструктивного навантаження на задню вісь).

Рис. 5. Ентропійні характеристики зміни вантажопідйомностей двохосьових вантажних автомобілів, вироблених у світі

Порівняння світових тенденцій зміни розрахункових навантажень з нормативами СРСР (СНД) показало, що технічні норми, що вводяться СНД, не виходять за межі (рис. 6) ( - середньоквадратичне відхилення розрахункового навантаження для країн світу).

Результати вищенаведеного аналізу також підтвердили раніше вказаний Н. В. Ярещенко факт зменшення довжини періодів при переході з етапу на етап (у середньому в два рази). Усередині етапу періоди замкненого стану зменшуються, а періоди розімкнутого стану збільшуються (табл. 2, 3).

У четвертому розділі оцінювалася адекватність моделі еволюції системи “людина - автомобіль - середовище руху”. Встановлено параметри моделі в замкненому і розімкнутому станах.

У замкненому стані адекватність моделі оцінювалася шляхом зіставлення теоретичних і емпіричних імовірностей переходу системи з фактичного в заданий стан.

Рис. 6. Динаміки розрахункових навантажень на задню вісь двохосьових вантажних автомобілів, зроблених у Росії, СРСР, СНД і у світі

Таблиця 2

Межі періодів замкненого і розімкнутого станів

трьох етапів еволюції системи “людина – автомобіль – середовище руху”

по автомобільному транспорту світу

Номер етапу | Номер періоду | Стан системи ЛАСР

замкнений | розімкнутий

I | 1 | 1725 -1773 | 1773-1785

2 | 1785-1809 | 1809-1833

3 | 1833-1845 | 1845-1893

II | 1 | 1893-1921* | 1921-1927

2 | 1927-1939 | 1939-1958**

3 | 1958-1964 | 1964-1988

III | 1 | 1988-2000 | 2000-2003

2 | 2003-2009 | 2009-2015

3 | 2015-2018 | 2018-2030

* В цей період входить період збою ритму 1914 – 1918 років.

** В цей період входить період збою ритму 1939 – 1946 років.

Таблиця 3

Межі періодів замкненого і розімкнутого станів

по автомобільному транспорту СРСР, СНД

Номер етапу | Номер періоду | Стан системи ЛАСР

замкнений | розімкнутий

II | 1 | 1905-1933 | 1933-1940

2 | 1940-1954 | 1954-1968

3 | 1968-1975 | 1975-2003

III | 1 | 2003-2017 | 2017-2021

2 | 2021-2028 | 2028-2035

Адекватність моделі в розімкнутому стані оцінювалася за відповідністю теоретичної кривої адаптації максимальної ентропії емпіричним даним.

Дослідження кореляційного зв'язку між ваговими характеристиками і поточною ентропією в періоди розімкнутих станів системи показали, що між ними існує помітний зв'язок (ступінь кореляції коливається від високої до помірної); а середній коефіцієнт кореляції складає .

Адекватність моделей функціонування системи “людина – автомобіль – середовище руху” у замкненому і розвитку в розімкнутому станах оцінювалась методом парних зрівнянь по t – критерію Стьюдента. Моделі відповідають емпіричним даним з 95 % забезпеченістю.

У п'ятому розділі приведені методики:

- визначення параметрів моделі прогнозування;

- параметрів моделі функціонування системи “людина – автомобіль – середовище руху” у замкненому стані і розвитку в розімкнутому стані;

- прогнозування конструктивних і розрахункових характеристик на автомобільному транспорті.

У розділі приведений приклад прогнозу навантажень на автомобільні дороги, розрахований довірчий інтервал розкиду середніх значень, побудований розтруб прогнозу і виконана його верифікація (рис. 7 – 10).

До усіх вищевказаних методик у додатках приведені тексти і інтерфейс програм, написаних у системі Mathcad 2000 Pro. Основна частина блоків програм, що реалізують методики, з'єднана в єдину систему автоматизованого прогнозування. До найбільш складного програмного блоку приведена схема алгоритму.

Рис. 7. Прогноз вантажопідйомності двохосьових вантажних автомобілів, зроблених у світі

Рис. 8. Прогноз навантажень на задню вісь двохосьових вантажних автомобілів по СНД

Рис. 9. Прогноз розрахункового навантаження по світу

Рис. 10. Прогноз коефіцієнту використання вантажопідйомності по світу

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі довгострокового прогнозування розрахункових характеристик транспортної системи, яке ґрунтується на моделюванні еволюції системи “людина – автомобіль – середовище руху”. Вперше в практиці обґрунтування розрахункових характеристик застосований метод визначення стану системи, який ґрунтується на досліджені ентропійних характеристик системи.

2. Розроблена математична модель довгострокового прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах. Ретроспективний аналіз еволюції системи “людина – автомобіль – середовище руху” підтвердив адекватність моделі. Визначені параметри моделі, тренди і лаги замкнених і розімкнутих станів системи. Підтверджено, що в еволюції системи налічується три етапи. Кожний етап включає три періоди замкненого і три періоди розімкнутого станів. Тривалість періодів замкненого стану в межах кожного етапу зменшується, а періодів розімкнутого стану – збільшується відповідно до арифметичної прогресії. Перші періоди замкненого і розімкнутого станів при переході з етапу на етап зменшуються у два рази.

3. Запропоновано методики, алгоритми і тексти програм для ПЕОМ по довгостроковому прогнозуванню розрахункових характеристик системи “людина – автомобіль – середовище руху”.

4. Розроблений довгостроковий прогноз (до 2030 року) вагових параметрів вітчизняних і закордонних двохосьових вантажних автомобілів, розрахункових навантажень на автомобільні дороги і коефіцієнтів використання вантажопідйомності. Перевірка прогнозу методами непрямої і консеквентної верифікації підтвердила його вірогідність.

5. Запропоновано використовувати результати досліджень при вирішені проблем розвитку матеріально – технічної бази автомобільного транспорту: розвитку вантажного автомобілебудування; визначення структури мережі автомобільних доріг та створення транспортних коридорів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гаврилов Э.В., Ярещенко Н.В., Мусиенко И.В. Долгосрочное прогнозирование расчётных характеристик на автомобильном транспорте // Вестник ХГАДТУ: Сб. научн. тр. Харьков: ХНАДУ. – 2000. – Вып. 12 – 13. – С. 23 – 30.

2. Мусиенко И.В. Закономерности изменения нагрузок на автомобильных дорогах от подвижного состава // Вестник ХГАДТУ: Сб. научн. тр. – Харьков: ХНАДУ. – 2001. – Вып. 14. – С. 12 – 15.

3. Гаврилов Э.В., Мусиенко И.В. Динамика энтропии расчётных характеристик грузовых автомобилей // Вестник ХНАДУ: Сб. научн. тр. – Харьков: ХНАДУ. – 2001. – Вып. 15 – 16. – С. 14 – 17.

4. Мусиенко И.В. Исследование нарастания фактических нагрузок на дорогах от автотранспортных средств // Вісник ХНУ: Зб. наук. пр. – Харьков: ХНУ – 2002. – № 551. – С. 9 – 13.

5. Мусиенко И.В. Динамика грузоподъёмности грузовых автомобилей // Вестник ХНАДУ: Сб. научн. тр. – Харьков: ХНАДУ. – 2002. – Вып. 19. – С. 59 – 61.

6. Мусиенко И.В. Динамика изменения нагрузок на автомобильных дорогах от подвижного состава // Сб. междунар. научн. конф. “Автомобильный транспорт и дорожное хозяйство на рубеже 3- го тысячелетия”. – Харьков: ХГАДТУ. –2000. – С. 80 – 81.

7. Мусиенко И.В. Грузоподъёмность грузовых автомобилей и расчётные нагрузки на автомобильных дорогах // Сб. междунар. научн. конф. “Опыт и проблемы современного развития дорожного комплекса Украины на этапе вхождения в Европейское сообщество”. – Харьков: ХНАДУ(ХАДИ). – 2002. – С. 80 – 81.

АНОТАЦІЇ

Мусієнко І.В. Довгострокове прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.01 - транспортні системи. - Харківський національний автомобільно - дорожній університет, Харків, 2003.

Розроблено математичну модель довгострокового прогнозування розрахункових навантажень на автомобільних дорогах; визначені параметри моделі, лаги замкнених і розімкнутих станів системи “людина - автомобіль - середовище руху”.

Доведено, що в замкненому стані максимальна ентропія системи залишається постійною, у розімкнутому стані – максимальна ентропія системи змінюється. Динаміка зміни ентропії в розімкнутому стані системи описується кривою адаптації.

Встановлено кореляційний зв'язок між динамікою зміни вагових характеристик і динамікою зміни їх поточної ентропії.

Розроблено методику, алгоритм і текст програми для ПЭОМ по довгостроковому прогнозуванню розрахункових навантажень. Виконано прогноз зміни розрахункових навантажень до 2030 року.

Ключові слова: прогнозування, навантаження, система, замкнений стан, розімкнутий стан, максимальна ентропія, поточна ентропія, абсолютна організація.

Мусиенко И.В. Долгосрочное прогнозирование расчётных нагрузок на автомобильных дорогах. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01 - транспортные системы. - Харьковский национальный автомобильно - дорожный университет, Харьков, 2003.

Диссертация посвящена решению актуальной проблемы долгосрочного прогнозирования расчётных нагрузок на автомобильных дорогах.

Решение этой проблемы осуществляется на основе изучения глубинных процессов эволюционирования системы “человек- автомобиль- среда движения”. Такое изучение возможно за счёт анализа динамик энтропийных характеристик в периоды замкнутости системы и в периоды её разомкнутости. В связи с этим, большое внимание уделено определению максимальной энтропии, текущей энтропии, абсолютной организации, а также способам определения, в каком состоянии находится система.

Разбивка на лаги состояний системы осуществлялась тремя способами.

Первый способ основан на исследовании количества и качества изобретений; рассмотрении изобретательных процессов во времени, соотнесении периодов изобретений с периодами внедрения этих изобретений. Данный способ исходит из предположения, что в разомкнутом состоянии происходит в большей мере накопление идей, тогда как в замкнутом состоянии происходит реализация этих идей.

Второй способ основан на исследовании динамики средневзвешенных значений характеристики. Смысл этого способа заключается в том, что средневзвешенные значения характеристик в динамике могут более или менее резко изменяться в зависимости от состояния системы.

Третий способ основан на исследовании изменения максимальной энтропии. Показано, что в замкнутом состоянии максимальная энтропия системы остаётся постоянной, в разомкнутом состоянии – максимальная энтропия системы изменяется. Динамика изменения энтропии в разомкнутом состоянии системы описывается кривой адаптации.

Модель функционирования системы в замкнутом состоянии основывается на определении вероятностей перехода от начальных к конечным значениям прогнозируемых характеристик.

Для разомкнутого состояния разработана модель прогнозирования, базирующаяся на корреляционной связи между текущей энтропией и прогнозируемой характеристикой. Исследования корреляционной связи между весовыми характеристиками и текущей энтропией в периоды разомкнутых состояний системы показали, что между ними имеется заметная связь (степень корреляции колеблется от высокой до умеренной), а средний коэффициент корреляции составляет .

Подтверждено, что на каждом этапе эволюции системы ЧАСД имеется три периода замкнутого и три периода разомкнутого состояния системы. Продолжительность периодов замкнутого состояния в пределах каждого этапа уменьшается, а периодов разомкнутого состояния – увеличивается в соответствии с арифметической прогрессией. Каждый последующий период замкнутого состояния в два раза меньше предыдущего, каждый последующий период разомкнутого состояния в два раза больше предыдущего. Первые периоды замкнутого и разомкнутого состояний при переходе с этапа на этап также уменьшаются в два раза.

Установлено, что зависимость коэффициентов прироста весовых характеристик от номера периода разомкнутого состояния внутри этапа линейная, а от номера периода замкнутого состояния - квадратичная.

Разработаны методики: определения параметров модели прогнозирования; параметров модели функционирования системы “человек- автомобиль- среда движения” в замкнутом состоянии и развития в разомкнутом состоянии; прогнозирования конструктивных и расчётных характеристик на автомобильном транспорте. Приведены алгоритм и текст программы для ПЭВМ по долгосрочному прогнозированию расчётных нагрузок

Приведен пример прогноза нагрузок на автомобильные дороги до 2030 года, рассчитан доверительный интервал разброса средних значений, построен раструб прогноза и выполнена верификация прогноза.

Ключевые слова: прогнозирование, нагрузка, система, замкнутое состояние, разомкнутое состояние, максимальная энтропия, текущая энтропия, абсолютная организация.

Musiyenko I. V. The long-term forecasting of normative loads on highways. - Manuscript.

The thesis for getting a scientific degree of the candidate of technical sciences on the specialty 05.22.01 - transportation systems. - Kharkiv National Automobile - Highway University, Kharkiv, 2003.

The mathematical model of long-term forecasting of normative loads on highways has been developed; the parameters of model, lags of closed and open condition of system “man-automobile-road-by surface space” have been determined.

It has been proved, that maximum entropy of weight characteristics is constant in closed condition of system; maximum entropy of weight characteristic changes in open condition of system. Dynamics of changes of entropy in open condition of system is described by an adaptation curve.

The correlation between dynamics of the weight characteristics and dynamics of their current entropy has been determined.

The technique, the algorithm and the text of the program for PC of long-term forecasting of normative loads on highways have been designed. The forecast of normative loads on highways till 2030 has been developed.

Keywords: forecasting, load, open condition of system, closed condition of system, maximum entropy, current entropy, absolute organization.