Моделювання та оптимізація транспортних потоків у міській мережі на основі алгоритмів синхронізації світлофорів
Автор: Леуш Олег Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні технології проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Леуш О.І., Корпильов Д.В. (керівник). Моделювання та оптимізація транспортних потоків у міській мережі на основі алгоритмів синхронізації світлофорів. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація. У роботі розглянуто проблему організації руху на регульованих перехрестях міської вулично-дорожньої мережі в умовах змінного попиту, коли класичні фіксовані плани сигналізації часто не забезпечують прийнятної якості руху та призводять до зростання затримок, черг і втрат пропускної здатності [2]. На тлі обмежених можливостей розширення інфраструктури актуальним є використання методів моделювання та порівняння стратегій керування світлофорами, які дозволяють підвищити ефективність використання наявної мережі без дорогих будівельних заходів. У дослідженні розглянуто три класи стратегій: класичний підхід Вебстера з фіксованим циклом і аналітичним розподілом зеленого часу [5]; сучасні адаптивні підходи до коригування тривалості циклу на основі поточних вимірів інтенсивності руху [2; 3]; децентралізовані алгоритми класу max-pressure, що керують фазами за критерієм «тиску» на підходах [1; 4]. Методологічною основою є мікрорівневе імітаційне моделювання в середовищі SUMO. На основі відкритих картографічних даних OpenStreetMap та інструментів OSMnx побудовано модель фрагмента вулично-дорожньої мережі з реальною конфігурацією перехресть і смуг руху. Розглянуто два сценарії попиту, для кожного з яких у моделі реалізовано три режими світлофорного керування: фіксований план за формулою Вебстера [5], адаптивне коригування тривалості циклу [2; 3] та алгоритм max-pressure [1; 4]. Розроблено програмний інструмент, що автоматизує повний цикл експерименту: від побудови мережі та формування сценаріїв до запуску симуляцій, збору часових рядів і аналітичної обробки показників. Об’єкт дослідження – транспортні потоки міської вулично-дорожньої мережі. Об’єктом обрано реалістичну фрагментовану міську підмережу, що включає систему регульованих перехресть, смуг руху та маршрутів, у межах якої виникають типові для великих міст процеси формування затримок, черг і зон перевантаження. Предмет дослідження – алгоритми синхронізації світлофорів та їхній вплив на показники функціонування мережі. Предметом є структури циклів, правила перемикання фаз і підходи до координації перехресть, а також те, як вибір стратегії керування змінює середню затримку, затримку на одиницю довжини маршруту, довжину черг, кількість зупинок та пропускну здатність мережі [1–5]. Мета дослідження – змоделювати та порівняти різні стратегії світлофорного керування в міській мережі на основі узгоджених показників ефективності й сформувати практичні рекомендації щодо вибору режимів для типових сценаріїв руху. Досягнення мети передбачало побудову моделі міської підмережі, реалізацію обраних алгоритмів керування у середовищі імітаційного моделювання, проведення серії обчислювальних експериментів та інтерпретацію результатів з урахуванням особливостей попиту. Наукова новизна полягає в розробленні цілісної експериментальної методики порівняльної оцінки алгоритмів світлофорного керування на реалістичній міській підмережі, яка поєднує інтегрований інструмент моделювання на базі SUMO з формалізованими умовами вибору типу регулювання залежно від рівня навантаження. Застосування запропонованої методики дає змогу кількісно порівнювати різні режими світлофорного керування та отримувати практичні рекомендації для налаштування міських транспортних мереж. Результати обчислювальних експериментів показали, що жоден із розглянутих підходів до світлофорного керування не є універсально найкращим: за одних умов (стабільний або помірний попит, простіші конфігурації) ефективніше працюють фіксовані режими, тоді як за зростання навантаження, нерівномірного розподілу потоків чи складнішої структури мережі перевагу отримують адаптивні та децентралізовані стратегії. Таким чином, вибір алгоритму доцільно здійснювати з урахуванням поєднання рівня попиту, топології мережі та пріоритетних показників якості руху. Ключові слова: світлофорне регулювання, адаптивне керування, формула Вебстера, max-pressure, SUMO, міські транспортні потоки. Перелік використаних літературних джерел: Liu H., Wu Y., Huang Y., et al. A Novel Max Pressure Algorithm Based on Traffic Delay, 2022. URL: https://arxiv.org/pdf/2202.03290.pdf Papageorgiou M., Diakaki C., Dinopoulou V., Kotsialos A., Wang Y. Review of Road Traffic Control Strategies. Proceedings of the IEEE, 2003. URL: https://scispace.com/pdf/review-of-road-traffic-control-strategies-2pzcx3izzi.pdf Stevanovic A. Review of Adaptive Traffic Control Principles and Deployments in Larger Cities. Munich, 2009. - URL: https://www.researchgate.net/publication/274137623 Varaiya P. Max Pressure Control of a Network of Signalized Intersections. Transportation Research Part C, 2013. - URL: https://www.researchgate.net/publication/259138901 Webster F. V. Traffic Signal Settings. Road Research Technical Paper No. 39. London: H.M. Stationery Office, 1958. 48 p. - URL: https://www.sinaldetransito.com.br/artigos/traffic_signals_webster.pdf