problematika řízení automobilového toku

problematika řízení automobilového toku

PROBLEMATIKA ŘÍZENÍ AUTOMOBILOVÉHO TOKU
The issue of control of the car flow
Ing. Lucie Váňová
Vysoká škola logistiky Přerov, doktorand
e-mail: [email protected]
Abstrakt
Cílem článku je představit možnosti řízení automobilového toku. První část článku je
orientována na navigační systémy, aplikace do smarthonů a dynamické navigace
v inteligentních automobilech. V následující části jsou graficky znázorněny pozemní
komunikace ve městě Přerov, na kterých je aplikována metoda minimální cesty a Dijkstrova
algoritmu.
Abstract
This article aims to introduce the possibility of control of the car flow. The first part of
the article focuses on navigation sytems, applications to smartphone and dynamic navigation
of intelligent vehicles. The following is a graphical representation of road in Prerov on which
method is applied minimal paths and Dijkstra´s algorithm.
Klíčová slova
Doprava, inteligentní automobily, navigační systémy, minimální cesta, síťový graf
Keywords
Transport, smart cars, navigation systems, the minimum path, network graph
1. ÚVOD
V současné době patří řízení automobilového toku městem k velmi často
diskutovaným tématům. Diskuse na toto téma jsou způsobeny neustále narůstající dopravou.
Lidé a firmy jsou v dnešní době stále více závislí na dopravě.
Obr.1 Dopravní kongesce ve městě Přerov [8]
- 99 -
Lidé orientovaní na ochranu životního prostředí řeší řízení automobilového toku
z jiného hlediska, jak zabránit nadbytečné silniční dopravě. Spatřují v silniční dopravě
znečištěné ovzduší, neboť na frekventovaných úsecích dochází k velkému nahromadění
kysličníku uhličitého. V České republice je mnoho logistických firem, což způsobuje
nadměrné využívání pozemních komunikací kamiony. Mnoho vesnic má problémy s hlukem,
poškozenými silnicemi, protože přetížené kamiony mají neblahý vliv na kvalitu silnic.
Většina lidí se snaží ušetřit svůj čas a spotřebu pohonných hmot, z tohoto důvodu
využívají navigační systémy, které umožní řidičům najít nejefektivnější cestu podle jeho
zadaných požadavků.
2. NAVIGAČNÍ SYSTÉMY, APLIKACE DO SMARTHONŮ A DYNAMICKÉ NAVIGACE
V INTELIGENTNÍCH AUTOMOBILECH
Systém GPS využívá v dnešní době mnoho řidičů, kteří se chtějí dostat z místa
A do místa B. Řidiči mohou zadat různá kritéria svých požadavků (např. nejkratší cesta,
placené úseky, nejrychlejší cesta, atd.).
Navigace TomTom HD Traffic
Společnost TomTom patří k výrobcům kvalitních navigací, která spoléhá na kvalitní
mapy (viz obrázek č. 2) a jejich aktualizace. Řidiči získají při užívání navigace TomTom HD
Traffic nejaktuálnější dopravní informace pro svou trasu prostřednictvím služby TomTom
High Definition Traffic (např. informace o délce dopravní překážky a příčině zpoždění,
informace o zpoždění, návrhy alternativních cest, apod.).
Obr.2 Dopravní mapa TomTom HD Traffic [10]
Díky používání navigace TomTom HD Traffic mohou řidiči zkrátit svoji jízdu
v průměru o 15 %. Pokud navigaci užívá 10 % řidičů v daném okamžiku, dochází k plynulejší
dopravě. Systém není založen na masovém použití navigace.
- 100 -
Příkladem navigace TomTom HD
Traffic je navigace TomTom Go 1005 T,
která je
na obrázku č. 3.
Obr.3 Navigace TomTom Go 1005 T
Garmin Nuvi 465 T
Tento model navigace od firmy Garmin patří k jednomu z nejlepších GPS navigačních
systémů, které jsou primárně určeny pro nákladní vozidla. Navigace dokáže vypočítat nejlepší
trasu pro nákladní vozidla, které potřebují specifické cesty.
Dynavix Tera a Dynavix Tera TIR
Dobrými modely jsou navigace
Dynavix Tera a Dynavix Tera TIR. Navigace
Dynavix Tera je určena pro osobní vozy a
Dynavix Tera TIR slouží řidičům kamionů.
Existují modely Lifetime nebo 3R (viz
obrázek č. 4), které poukazují na aktualizaci
map po dobu tří let.
Obrázek č. 4: Dynavix Tera TIR [11]
Aplikace Mapy Google pro mobily
Aplikace Mapy Google umožňují používání vrstvy s informacemi o dopravě, které
poskytují aktuální data o průjezdnosti cest.
Aplikace Waze pro mobily
Jednou z dalších zajímavých aplikací pro prevenci zácpy je aplikace Waze. Jedná
se o bezplatnou navigaci, která poskytuje řidičům aktuální dopravní informace (zácpa,
havárie, apod.). Aplikace Waze je dostupná na Android, iPhone, Symbian a Windows Mobile.
Aplikace Waze sleduje své uživatele, a pokud zjistí nějaký dopravní problém, snaží
se ostatním připojeným řidičům najít lepší cestu. Nevýhodou aplikace je neustálá potřeba
internetového připojení.
Aplikace Tudy ne
Aplikace Tudy ne zobrazuje aktuální dopravní informace a stav silničního provozu.
Jedná se také o bezplatnou službu
- 101 -
Obrázek č. 5: Aplikace Tudy ne [12]
Dynamické navigace v inteligentních automobilech
V inteligentních automobilech jsou využívány informační systémy Radio Digital
Systém – Traffic Message Channel (RDS – TMC). Tento informační systém poskytuje řidičům
dopravní informace (např. kolony na dálnicích, dopravní nehody, informace
o hromadných haváriích, objížďky atd.).
Obr.6
Schéma fungování RDS – TMC [9]
- 102 -
V inteligentních automobilech jsou zabudovány integrované přístroje, ale existují také
přenosné přístroje, které využívají informační systém Radio Digital Systém – Traffic Message
Channel (RDS – TMC). Zásadní podmínkou pro fungování služby RDS – TMC je správné
umístění antény pro kvalitní příjem FM signálu.
Informace o vzniku dopravní nehody od jednotek integrovaného záchranného sboru
nebo ředitelství silnic a dálnic ČR se dostávají do Národního dopravního informačního centra
(NDIC). Informace o dopravní situaci jsou z NDIC zpracovány a v kódované podobě
odeslány na technologický server systému RDS Českého rozhlasu, odkud jsou dále předávány
na všechny pozemní vysílače okruhu Čro 3. Navigační přístroj v automobilu umí přijímat,
dekódovat a zobrazovat informace v mapě na displeji navigačního přístroje.
Tento systém umožňuje řidiči optimalizovat trasu dle aktuálních informací o dopravě
a vyhnout se kritickým úsekům.
3. GRAFICKÉ ZNÁZORNĚNÍ DOPRAVY VE MĚSTĚ PŘEROV
Doprava ve městě Přerov je řadu let komplikovaná. Na obrázku č. 6 je mapa Přerova
a jeho dvanácti příměstských částí.
Městské části města Přerova:
• Přerov I – Město,
• Přerov II – Předmostí,
• Přerov III – Lověšice,
• Přerov IV – Kozlovice,
• Přerov V – Dluhonice,
• Přerov VI – Újezdec,
• Přerov VII – Čekyně,
• Přerov VIII – Henčlov,
• Přerov IX – Lýsky,
• Přerov X – Popovice,
• Přerov XI – Vinary,
• Přerov XII – Žeravice,
• Přerov XIII – Penčice.
Obrázek č. 7:
Mapa Přerova a jeho
příměstských částí
Městem Přerov se křižují tyto důležité trasy (viz obrázek č. 8):
Silnice I/55 – silnice I. třídy propojující Olomoucký, Zlínský a Jihomoravský kraj.
Silnice II/150 – silnice II. třídy, vedoucí ze Středočeského kraje přes Vysočinu,
Jihomoravský kraj a Olomoucký kraj až do kraje Zlínského.
Silnice II/434 – silnice II. třídy, vedoucí z Bedihoště do Lipníku nad Bečvou.
Silnice II/436 – silnice II. třídy, vedoucí z Kojetína, Chropyně do Doloplaz.
Budeme mít příklad vypočítat nejkratší cestu z bodu A do bodu B. Hledání nejkratší
cesty je jedním ze základních problémů teorie grafů.
- 103 -
Pro řešení této úlohy lze využít metodu minimální cesty (obr.10), která využívá
Bellmanova principu optimality. Při hledání minimální cesty v ohodnoceném grafu
postupujeme od koncového k počátečnímu uzlu. Ohodnocení v koncovém uzlu položíme
rovno nule. Pak postupujeme proti směru orientace hran k počátečnímu uzlu a u každého uzlu
si pamatujeme minimální hodnotu součtu ohodnocení hran předchozí části cesty a směr,
odkud jsme do daného uzlu došli. Hodnota v počátečním uzlu udává nejkratší cestu v grafu.
Tato úloha by mohla být řešena také pomocí Dijkstrova algoritmu.
Obr.8 Přiblížený pohled na město Přerov
Jako výchozí stanoviště si zvolíme parkoviště u hlavního vlakového nádraží (obr. 9 –
zelený praporek) a jako cílové stanoviště supermarket Kaufland na Lipnické ulici (obr.9 –
červený praporek). Pozemní komunikace od výchozího až po cílové stanoviště znázorníme
pomocí síťového grafu (obr, 10).
Obr.9 Výřez pozemních komunikací ve městě Přerov [7]
- 104 -
Obr.10 Síťový graf pozemních komunikací částí města Přerova – hledání
minimální cesty
- 105 -
Legenda k obrázku č. 10:
V1 – křižovatka Husova ulice
V2 – křižovatka u Tesca
V3 – křižovatka před řekou Bečva
most Legií
V4 – křižovatka za řekou Bečva
most Legií
V5 – křižovatka u Lidla, Lipnická ul.
V6 – křižovatka u Alberta, Tovární ul.
V7 – křižovatka z Wurmovy ulice
V8 – křižovatka na nám. T.G.M.
V9 – křižovatka u České spořitelny, Bratrská ulice
V10 – křižovatka z Blahoslavovy ulice
V11 – křižovatka před řekou Bečva, most Míru
V12 – křižovatka za řekou Bečva, most Míru
Bod A – stanoviště hlavní vlakové nádraží
Bod B – stanoviště supermarket Kaufland,
na Lipnické ulici
Průjezdné pozemní komunikace na obr.10 jsou dány do hranově ohodnoceného
orientovaného síťového grafu. Ohodnocení hrany je dáno délkou pozemní komunikace.
Hlavním cílem bylo najít „nejkratší cestu“ z hlavního vlakového nádraží (bod A)
do supermarketu Kaufland (bod B). Příklad byl řešen pomocí metody minimální cesty.
Z obrázku 10 vyplývá, že nejkratší cesta je 2,051 km, která je zvýrazněna červenou barvou.
Obr.11 Síťový graf pozemních komunikací městem Přerov při průjezdu městem Přerov
- 106 -
Na obrázku 12 je znázorněn hranově ohodnocený neorientovaný síťový graf
pozemních komunikací, které jsou nejčastěji využívány řidiči kamiónů z hlediska šířky silnice
a snadné manipulace. Ohodnocení hrany na obrázku 12 je dáno délkou pozemní komunikace.
Obr. 12 Síťový graf pozemních komunikací městem Přerov při průjezdu městem Přerov – hledání
nejkratší cesty pomocí Dijkstrova algoritmu
Legenda k obrázku č. 11 a 12:
V1 – Předmostí příjezd z Olomouce
V2 – ulice Lipnická – Lýsky, příjezd z Lipníka nad Bečvou
V3 – křižovatka u Lidlu
V4 – směr Henčlov, Troubky
V5 – ulice Kojetínská, směr Bochoř
V6 – křižovatka za podjezdem vlaku na Kojetínské ulici
V7 – křižovatka na Kojetínské ulici
V8 – křižovatka u Tesca
- 107 -
V9 – kruhový kruhový objezd u bývalé porodnice
V10 – směr nemocnice – Kozlovice
V10 – ulice Dvořákova, směr Kozlovice
V11 – ulice Želatovská, směr Želatovice
V12 – ulice bří Hovůrkových,
V13 – křižovatka ulice Tovární, Derychova a gen. Štefánika
V14 – křižovatka gen. Štefánika a 9. Května
V15 – Lověšice, dále směr na D1 nebo směr Břest, Hulín
S
0
V8
1,782 S
_
_
V7
V9
V12
V13
C
Množina X
nekonečno nekonečno nekonečno
nekonečno
nekonečno
S
2,033 V8
nekonečno
nekonečno
S, V8
3,267 V7
nekonečno
S, V8, V7
nekonečno
nekonečno
S, V8, V7, V9
S, V8, V7, V9,
V13
S, V8, V7, V9,
V12
S, V8, V7, V9,
V12, V13
3,134 V8
nekonečno
-
-
nekonečno nekonečno
-
-
-
4,224 V9
_
-
-
-
3,526 V13
_
-
-
-
_
-
-
-
-
3,939 V13
-
3,267 V7
3,939 V13
-
-
-
Formulace úlohy: je dán ohodnocený graf G, počáteční uzel s. Výstupem D (u) bude
nejkratší vzdálenost mezi uzlem s a uzlem u. Vytvořte množinu uzlů X. Do množiny vložte
počáteční uzel s. Pro každý uzel vytvořte D (u).
Počáteční uzel s = 0
Pro každý uzel u sousedící s počátečním uzlem s = ohodnocení hrany (s, u)
Ostatní uzly = nekonečno
Postup řešení: výpočet se provádí doté doby, dokud nejsou v množině X všechny uzly grafu
G. Začínáme v počátečním uzlu s, jehož hodnota je nulová. Ostatní uzly V7, V8, V9, V12,
V13 a C se rovnají nekonečnu.
V prvním kroku budeme hledat cesty z uzlu S, v našem případě do sousedního uzlu V8. Uzly
V7, V9, V12, V13 a C se rovnají nekonečnu.
• Například D (u) z počátečního uzlu s do sousedícího uzlu V8 je 1,782.
V druhém kroku budeme hledat cesty z uzlu V8. Uzly V12, V13 a C se rovnají nekonečnu.
• Například D (u) z uzlu V8 do sousedícího uzlu V7 je 2,033.
• Například D (u) z uzlu V8 do sousedícího uzlu V9 je 3,134.
Dalším krok algoritmu spočívá ve výběru nejnižší hodnoty z předcházejících D (u). Nejnižší
hodnotu má D (u) z uzlu V8 do uzlu V7. Nyní budeme hledat možné cesty z uzlu V7
do sousedících uzlů.
Tyto algoritmy neustále opakujeme doté doby než budou v množině X všechny uzly grafu G.
Výsledek zjistíme z výše uvedené tabulky tak, že hodnota D (u) v uzlu C je 3,939 V13. Nyní
budeme hledat v uzlu V13 nejnižší hodnotu D (u), což je 3,267 V7. Dále budeme hledat
- 108 -
v uzlu V7, kde hodnota D (u) je 2,033 V8. V posledním kroku budeme hledat v uzlu V8, kde
hodnotu D (u) je 1,782 S.
4. ZÁVĚR
V článku jsem se věnovala „řízení automobilového toku městem“. Ve stručnosti
jsem se pokusila nastínit nejkvalitnější a na českém trhu dostupné navigační systémy, jejichž
pomocí lze zlepšit průjezdnost na pozemních komunikacích.
Na příkladu hledání nejkratší cesty z bodu A do bodu B (obrázek 10) jsem aplikovala
metodu minimální cesty, která využívá Bellmanova principu optimality. Dijkstrův algoritmus
jsem využila na příkladu hledání nejkratší cesty z bodu S do bodu C (obrázek
12). Jednalo se o úlohy jednokriteriální, kdyby řidiče zajímala pouze nejkratší cesta
bez ohledu na dopravní situaci na silnici. Řidiče nebude zajímat jen nejkratší cesta, ale bude
je zajímat např. průjezdnost pozemních komunikací, využití placených úseků (vícekriteriální
úlohy).
Tímto článkem jsem chtěla upozornit na problém řízení automobilového toku. Tento
problém se týká nás všech, protože zvýšená silniční doprava má výrazný vliv na kvalitu
našeho životního prostředí a zdraví. Kritické neprůjezdné úseky mají vliv na psychiku řidičů,
kteří spěchají z důvodu dodržení stanového času předání dodávky, pracovní schůzky,
a to někdy může vést ke zbytečným nehodám. Mělo by dojít k plynulosti silniční dopravy,
a to využíváním systému na podobné koncepci navigačních systémů, které by byli využívány
všemi řidiči.
5. SEZNAM LITERATURY
1. DEMEL, J. Grafy a jejich aplikace. 1. Vydání: Academia, 2002. ISBN 80-200-0990-6.
2. KUČERA, L. Kombinatorické algoritmy. 2. Vydání: Nakladatelství technické literatury, n.p., Praha,
1983. ISBN 04-009-89.
3. PŘIBYL, P. Inteligentní dopravní systémy a dopravní telematika II. Nakladatelství ČVUT, Praha,
2007. ISBN 978-80-01-03648-8.
4. SVOBODA, V. Doprava jako součást logistických systémů. 1. Vydání: Radix, Praha, 2006. ISBN
80-86031-68-3.
5. JIROVSKÝ, L. Teorier grafů. [online]. © 2010 [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
<http://teorie-grafu.cz/vybrane-problemy/nejkratsi-cesta.php>.
6. Otevřená encyklopedie Wikipedie. Graf (teorie grafů). [online]. © 2001 [cit. 2013-03-13].
Dostupný z WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Graf_%28teorie_graf%C5%AF%29>.
7. Mapy.cz. [online]. [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW: <www.mapy.cz>.
8. Přerovský deník. cz. Uzavírky v Přerově? Mostní až do konce července a „těšte se“ na další.
[online]. © 2005 [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
<http://prerovsky.denik.cz/galerie/zacpy-kolony-g0412.html?mm=3704155>.
9. Jednotný systém dopravních informací pro ČR. RDS – TMC – Jak to funguje? Dopravní info.cz
[online]. © 2009-2010 [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
<http://www.dopravniinfo.cz/jak-to-funguje>.
10. TomTom. Live Traffic. [online]. © 2013 [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
- 109 -
<http://www.tomtom.com/livetraffic/>.
11. GPS navigace PDA. Navigace pro kamiony.[cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
<http://www.navigace-pro-kamiony.cz/>.
12. Kazda, O. Náhled obrazovky aplikace. Dopravní informace tudy Ne [online]. © 2013 [cit. 201303-13]. Dostupný z WWW: <https://play.google.com/store/apps/details?id=cz.tudyne.app>.
13. Metoda minimální cesty. [cit. 2013-03-13]. Dostupný z WWW:
<http://books.fs.vsb.cz/SystAnal/texty/24.htm>.
Recenzoval: prof. Ing. Vladimír Strakoš, DrSc.,
Katedra logistiky a technických disciplín VŠLG Přerov
- 110 -