УДК: 656.1
https://doi.org/10.25198/2077-7175-2021-4-46
ФУРЬЕ-АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
М. Г. Бояршинов, А. С. Вавилин, А. Г. Шумков
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
e-mail: atm@pstu.ru
Аннотация. Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска современных способов обработки информации о транспортных потоках для регулирования и управления движением транспорта и пешеходов, для снижения заторов, дорожно-транспортных происшествий и проч.
Объектом изучения является участок дороги с интенсивным двусторонним движением, оборудованный программно-техническим комплексом, позволяющим измерять характеристики потока автомобильного транспорта. Предмет исследования — ежедневная интенсивность потока автомобилей в течение недели, с понедельника по воскресенье.
Цель настоящего исследования состоит в анализе амплитуд, частот и периодов гармонических функций, получаемых при разложении временных рядов интенсивностей движения автомобильного транспорта, для выявления закономерностей формирования транспортных потоков.
В качестве теоретико-методического подхода используется разложение функции интенсивности потока автомобильного транспорта в ряд Фурье по гармоническим функциям. Разработанный авторами подход с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье позволил определить амплитудно-частотные характеристики рассматриваемых временных рядов, что является научной новизной выполненного анализа. Предложено вместо традиционно применяемых для анализа зависимостей «частота-амплитуда» использовать характеристики «период-амплитуда» как физически более содержательные.
Обработка данных программно-технических комплексов позволила построить зависимости интенсивности потока автомобилей на одной из дорог города Перми при различных интервалах осреднения, описать особенности движения автомобильного транспорта по рассматриваемой дороге. В результате исследования получены амплитудно-частотные характеристики временных рядов. Показано, что отдельные гармоники разложения в ряд Фурье интенсивности потока автомобилей, проявляющей свойства случайной функции, дублируют периодичность глобальных, локальных и промежуточных экстремумов исходной функции и имеют схожие периоды.
Практическая значимость заключается в использовании разложения функции интенсивности потока автотранспорта в ряд Фурье по гармоническим функциям для прогнозирования транспортных потоков, управления работой светофорных объектов, мониторинга работы оборудования, а также при реконструкции, проектировании и строительстве дорог и дорожных объектов.
Направление дальнейшего исследования — получение, обработка и определение характеристик «период-амплитуда» для временных рядов интенсивности транспортных потоков на других участках улично-дорожной сети.
Ключевые слова: интенсивность транспортного потока, гармонический ряд, преобразование Фурье, амплитудно-частотная характеристика.
Для цитирования: Бояршинов М. Г., Вавилин А. С., Шумков А. Г. Фурье-анализ интенсивности транспортного потока // Интеллект. Инновации. Инвестиции. — 2021. — № 4. — С. 46–59. DOI: 10.25198/2077-7175-2021-4-46.
