Разработать программную модель фрагмента уличной дорожной сети с транспортными потоками и координированным управлением светофорами.

Тут такое дело...

Сейчас занимаюсь тем, что вспоминаю, что такое программировать. Я имею в голове примерное представление как программа должна работать, в какой последовательности что делать. Но пока не имею чёткого представления, какие структуры данных при этом будут использоваться и как они будут обрабатываться. Просто сидеть и ждать, когда меня осенит - не сработает.

По аналогии с методикой S.M.A.R.T., где для того чтоб достичь цель, для начала её надо записать и разбить на этапы, мне подумалось, что для того чтоб создать систему, для начала её надо хотя бы "нарисовать" и разбить на элементы, определив их взаимосвязи. В связи с чем решил познакомиться с UML.

К пункту описание требований к программной модели:

... Данное описание содержит требования для симулятора, осуществляющего «программу минимум», т.е., с одной стороны, позволяющего моделировать весьма ограниченное множество возможных процессов, но, с другой стороны, позволяющего провести некоторый анализ и сравнение результатов, полученных в различных режимах работы симулятора. В дальнейшем, данное описание может быть скорректировано и расширено для разработки программных продуктов, позволяющих моделировать более широкий круг ситуаций.

Моделировать движение транспортных потоков на уличной дорожной сети предлагается для следующей задачи. Сеть дорог задана графом. Рёбра графа соответствуют участкам улиц между перекрёстками, их дины заданы, движение разрешено в обоих направлениях - по одной полосе в каждую сторону (обгоны в данной реализации исключены). Узлы соответствуют перекрёсткам, на них установлены светофоры, режимы работы которых могут регулироваться координировано. Также узлы являются источниками и приёмниками транспортных потоков, суточные объёмы отправления и прибытия заданы. Моделирование осуществляется для некоторого числа дней. Ежедневно водители совершают путешествие из своего узла отправления в узел прибытия и обратно. Узлы отправления для каждого конкретного водителя выбираются случайным образом, так, чтобы их общее распределение по сети соответствовало заданным объёмам отправления. Узлы назначения выбираются так, чтобы их распределение по сети соответствовало заданным объёмам прибытия. Предполагается, что водители совершают ежедневные путешествия, которые связанны с трудовой миграцией. Однако, это не всегда так. Поэтому некоторая доля ежедневных поездок совершается не в определённый постоянный узел прибытия, а в выбранный случайным образом. Доля таких путешествий из общего числа для конкретного водителя выбирается так, чтобы водители по этому параметру были распределены нормально. Время выезда на маршрут до узла прибытия для конкретного водителя каждый день выбирается случайным образом, так, чтобы, чтобы общее распределение для всех водителей по этому параметру нормально группировалось на временной шкале вокруг максимума, соответствующего утреннему часу пик. Время выезда на маршрут обратно к узлу отправления выбирается аналогичным образом вокруг вечернего часа пик...

К пункту Разработка концепции -> выбор математических моделей.

Существенную часть программы будет составлять моделирование транспортных потоков на микроскопическом уровне (т.е. моделируется движение каждого отдельного ТС). Предполагается моделировать движение ТС по участку транспортной сети, который включает в себя перекрёстки (узлы графа) и улицы (рёбра графа). Движение по узлам и движение по рёбрам можно разделить на две подзадачи. Что касается модели для очерёдности проезда узлов - вопрос пока открыт (но кое-какие, пока нечёткие, идеи есть). Что же касается модели для движения по рёбрам, здесь лучшим вариантом среди моделей транспортных потоков (на мой взгляд и в рамках конкретно этой задачи) выступают модели на основе клеточных автоматов (с.112).

Коротко про них.

Время предлагается дискретным. Линейный участок дороги (однополосной) разбивается на клетки, соответствующие размером месту, занимаемому на дороге одним ТС. Одновременно в одной клетке может находиться только одно ТС. Клетка м.б. занята, м.б. свободна. Соответственно, на каждой итерации занятое состояние клетки передвигается на одну, две ... n клеток вперёд (в соответствии с текущей скоростью ТС вплоть до максимально допустимой), если они свободны. В противном случае на следующей итерации ТС меняет свою скорость.

Плюсы:

Каждое последующее состояние автомата однозначно определяется его текущим состоянием (как нельзя сподручнее для написания алгоритма работы программы).

Благодаря дискретизации пространства и времени позволяет сократить как время и сложность процессов написания алгоритма и кода для программиста, так и время и сложность вычислений для процессора.

Несмотря на существенные допущения, предоставляют возможность моделировать в т.ч. фазовые состояния транспортных потоков даже в рамках более сложных моделей.

Микроскопическая. Предоставляет возможность анализировать результаты моделирования для отдельно взятых ТС.

Минусы:

Дискретная. Вследствие чего ОДЗ скоростей и ускорений по меньшей мере м.б. странной с точки зрения восприятия мира нормальным человеком. :)

Может некорректно работать в "критических режимах".

Описал, что из себя представляют входные данные, что должно быть на выходе.

Написал немножко краткую постановку задачи моделирования. 6 страниц, 3 картинки. Ну, пусть одна картинка тут будет.