Статья: Разработка математической модели оценки аварийности объектов на городской улично-дорожной сети (2026)

Введение. Надёжность тягового электропривода является ключевым фактором, определяющим эксплуатационную эффективность городского электрического транспорта. Подшипниковые узлы электродвигателей остаются одной из самых частых причин отказов, приводящих к простоям транспортного средства.

Материалы и методы. Разработан метод бортовой диагностики дефектов подшипников качения тягового синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) на основе анализа спектра токов статора (Motor Current Signature Analysis, MCSA) с использованием эквивалентного действующего тока трёхфазной системы для нормализации диагностических признаков. Исследование проведено с помощью имитационного моделирования в среде MATLAB/Simulink, охватывающего диапазон угловых протяжённостей дефектов от 0° до 8° и скоростей от 1500 до 8000 об/мин.

Результаты. Предложенный метод устанавливает чёткие границы эффективности: максимальная скорость для надёжного обнаружения дефектов составляет 5000 об/мин. На этой и более низких скоростях в спектре тока статора наблюдается пик на механической частоте вращения ротора (fr), амплитуда которого коррелирует с угловой протяжённостью дефекта. Нормализация по эквивалентному действующему току повышает точность диагностики.

Обсуждение и заключение. Предложенный метод позволяет внедрять систему бортовой диагностики без установки дополнительных датчиков, что особенно актуально для городских электробусов, эксплуатируемых преимущественно в диапазоне 2000–5000 об/мин. Разработан новый метод, впервые интегрирующий нормализацию по эквивалентному действующему току для количественной зависимости диагностической чувствительности анализа спектра тока статора от скорости вращения ротора в синхронном двигателе с постоянными магнитами и определяющий критический порог скорости 5000 об/мин.

Введение. На эффективность и надёжность силовых агрегатов автомобилей с дизельным двигателем значительное влияние оказывает техническое состояние электрогидравлических форсунок системы впрыска топлива. Для своевременного выявления и устранения возникающих в процессе эксплуатации неисправностей форсунок необходимо периодически проводить контрольно-диагностические работы. Диагностирование демонтированных с силового агрегата форсунок при помощи специальных стендов характеризуется наибольшей точностью, при этом определяется только общее техническое состояние форсунок, без конкретизации неисправностей. Углубленное диагностирование с локализацией неисправностей позволит принимать оптимальные решения о технических воздействиях при ремонте форсунок. Целью работы является оценка возможности повышения глубины поиска неисправностей при стендовом диагностировании форсунок путём анализа характера зависимостей диагностических параметров от величины давления тестовой жидкости на входе в жидкостный аккумулятор стенда при постоянной длительности управляющих импульсов.

Материалы и методы. Математическая модель электрогидравлической форсунки представлена в виде системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику происходящих в форсунке процессов. При проведении численных экспериментов осуществлялось изменение в определённых диапазонах значений давления тестовой жидкости на входе в аккумулятор, структурных параметров: зазора в сопряжениях «плунжер мультипликатора – втулка», «направляющая часть иглы – корпус распылителя», неплотности управляющего клапана и уплотнительного кольца. Длительность электрических управляющих импульсов оставалась постоянной. Результаты. Приведены графики полученных зависимостей диагностических параметров: цикловой подачи, среднего расхода тестовой жидкости в обратную линию и продолжительности запаздывания окончания впрыска от давления тестовой жидкости при различных значениях структурных параметров.

Обсуждение и заключение. В результате проведённых исследований были выявлены отличия в характере зависимостей некоторых из рассмотренных диагностических параметров от давления на входе в аккумулятор при наличии отклонений отдельных структурных параметров. Полученная при диагностировании дополнительная информация позволит выявлять наличие отклонений отдельных структурных параметров, что увеличит глубину поиска неисправностей. В работе приведена блок-схема предлагаемого диагностического алгоритма.

Введение. Современный транспорт находится в стадии кардинальной трансформации, связанной с внедрением информационных и интеллектуальных систем. Этот процесс отличается неопределенностью и непредсказуемостью. В статье предпринята попытка теоретически рассмотреть процесс перехода в новое качество. Цель исследования – разработка матрицы зрелости для технической системы «Автомобиль», которая позволила бы судить о ее возможных будущих состояниях.

Материалы и методы. Для анализа тенденций развития технических систем сегодня применяются различные теоретические модели и шкалы (S-образная кривая жизненного цикла, шкала уровня технологической готовности, уровни автономности транспорта и др.), которые не учитывают факторы экономического, социального, инфраструктурного и иного характера. Между тем такой вид транспорта, как автомобиль, отличается высоким уровнем сложности, определяет во многом состояние транспортной системы страны и поэтому требует кардинально иного способа оценки. Для разработки матрицы в статье использован аналитический аппарат Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Результаты. Представлена матрица зрелости, которая отражает процесс последовательного перехода функций технической системы «Автомобиль» к надсистеме. Каждый этап этого перехода означает сворачивание одной из подсистем автомобиля и в настоящее время наблюдается в подсистеме «Вычислитель». В конечном счете автомобиль (в современном его понимании) может кардинально трансформироваться путем сворачивания всех подсистем и передачи их функций надсистеме (интеллектуальной транспортной системе). В итоге его структура будет сведена к подсистеме «Накопитель» с соответствующей монофункцией.

Обсуждение и заключение. Теоретическое представление о структуре и стадиях развития, сформулированное в виде матрицы зрелости, может быть полезным при разработке стратегии развития автомобилестроения и автодорожного хозяйства.

Введение. Одним из актуальных нерешенных до настоящего времени вопросов является определение потенциального (общего, насыщенного) транспортного спроса, т. е. теоретического количества поездок, которое возможно на сегменте рынка перевозок по междугородным автобусным регулярным маршрутам.

Материалы и методы. Ключевой информацией для математической модели определения междугородного транспортного спроса является объем отправлений и прибытий между населенными пунктами. Данная статистика доступна в основном для транспорта общего пользования. Информация об общем транспортном спросе, как правило, отсутствует. Для автодорожной сети объемы отправлений зачастую рассчитываются как определенный процент от общего населения. В настоящее время особую перспективу представляют методы изучения транспортного спроса, основанные на сборе, интеграции и анализе больших и разнородных данных, генерируемых различными источниками в пространствах жизнедеятельности человека. В рамках данного направления рассматривается применение информации системы видеонаблюдения транспортных средств для учета междугородных транспортных потоков. В статье сформулирована система уравнений, связывающих корреспонденции между населенными пунктами и учитываемый пассажирский поток, который подразделяется на входящий, исходящий и транзитный. При использовании видеонаблюдения транспортного средства в расчетах посредством предложенного поправочного коэффициента учитывается эффект, связанный с перемещением наблюдателя в пространстве, который заключается в следующем: объекты, учитываемые движущимся наблюдателем, будут доступны неподвижному наблюдателю через промежуток времени, который можно определить как отношение расстояния между наблюдателями к скорости объекта.

Результаты. Предложенный в статье подход для учета транспортных и пассажирских потоков апробирован на изолированном транспортном коридоре, пассажиры по которому перевозятся автомобильным транспортом (автобус рейсовый и заказной, легковой автомобиль), другие виды транспорта (например, железнодорожный) отсутствуют.

Обсуждение и заключение. Коэффициент детерминации полученной математической модели позволяет сделать вывод о ее приемлемости, 18% вариации зависимой переменной можно отнести на счет неизвестных, скрытых параметров или статистических погрешностей исходных данных.

Введение. Действующие в Российской Федерации методические рекомендации по выполнению мониторинга дорожного движения не содержат детальные рекомендации по использованию детекторов транспорта, хотя предусматривают их применение. Эффективному применению детекторов транспорта препятствует недостаток знаний о возможностях эмпирической оценки параметров макроскопических моделей транспортного потока. В статье рассматриваются методы определения моделей макроскопической фундаментальной диаграммы и значений ее параметров на основе данных, поступающих от стационарных радиолокационных детекторов.

Цель исследования. Автоматизация оценки уровня обслуживания транспортных потоков в режиме реального времени и разработка практических рекомендаций по обработке данных, поступающих от радиолокационных детекторов.

Объект исследования. Процесс мониторинга дорожного движения. Предмет исследования. Модели макроскопической диаграммы и их параметры, определяемые на основе данных, поступающих от радиолокационных детекторов.

Методика исследования. Исследованы режимы непрерывного движения на автомобильных дорогах II технической категории – подходах к г. Иркутску. Мониторинг выполнялся с применением стационарных радиолокационных детекторов. Интенсивность движения и средняя временная скорость определялись с периодом агрегации 5 мин. Плотность транспортного потока оценивалась как отношение интенсивности к скорости.

Результаты. Экспериментально установлена необходимость применения макроскопических моделей первого и второго порядков при обработке данных, поступающих от детекторов, что является важнейшим результатом начального этапа исследований. Получены данные, характеризующие зависимости скорость-плотность и интенсивность-плотность для полос движения, размещенных на горизонтальных участках, для полос движения на спуск, полос движения на подъем. Сформулированы задачи дальнейших исследований по разработке методики обработки данных радиолокационных детекторов.

Введение. В статье рассматриваются актуальные вопросы повышения эффективности функционирования автосервисных предприятий в современных условиях. Приведен статистический анализ факторов, влияющих на организацию технического обслуживания автомобилей с выполнением дополнительных работ. Целью исследования является установление зависимости времени ожидания механиками или диагностами запасных частей для выполнения дополнительных работ при техническом обслуживании автомобилей в технической службе дилерского центра от общего количества машинозаездов, количества машинозаездов на проведение технического обслуживания и количества машинозаездов на проведение технического обслуживания, на которых проводились дополнительные работы.

Материалы и методы. В работе использованы результаты замеров потерь времени в процессе работы технической службы действующего дилерского предприятия при выполнении технического обслуживания. Исследования проведены с использованием методов описательной статистики, корреляционного анализа и линейной регрессии.

Результаты. В результате исследования получены количественные характеристики работы технической службы дилерского центра. Установлена статистически значимая связь между загрузкой сервисной зоны и потерями времени. Наиболее сильная и статистически значимая зависимость установлена между количеством ТО, сопровождающихся дополнительными работами, и потерями времени механиками при ожидании запасных частей. Уточнена функциональная зависимость времени ожидания запасных частей.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации планирования работы и повышения эффективности производственных процессов на предприятиях автосервиса.

Введение. В сфере автострахования существенная проблема – длительные сроки простоя автомобилей в ремонте из-за затянутого согласования объёма и стоимости восстановительного ремонта между СТОА и страховщиком. Оптимизация алгоритма их взаимодействия позволит сократить временные издержки и повысить эффективность процесса. Целью данной работы является разработка и обоснование улучшенного алгоритма взаимодействия СТОА и страховщика при ремонте автомобилей, повреждённых в результате ДТП, с целью минимизации сроков простоя транспортных средств.

Материалы и методы. В работе проанализирован существующий алгоритм взаимодействия СТОА и страховщика в рамках автострахования. Установлены временные затраты на непроизводительные операции (рассмотрение и согласование стоимости ремонта). Проведен сравнительный анализ текущего и предлагаемого алгоритма согласования объёма и стоимости восстановительного ремонта. Дается описание объекта и предмета исследования – ремонта автомобиля, поврежденного в результате ДТП по автострахованию, и алгоритмов взаимодействия СТОА и страховщика.

Результаты. Детально описан действующий алгоритм взаимодействия СТОА и страховщика, выявлены причины, связанные с длительными сроками согласования. Разработан и представлен альтернативный алгоритм, направленный на сокращение сроков простоя автомобилей в ремонте. Доказана принципиальная возможность практической реализации предложенного алгоритма. Количественно оценены временные затраты на ключевые этапы согласования в рамках обоих алгоритмов.

Обсуждение и заключение. Предложенный алгоритм позволяет существенно сократить сроки простоя автомобилей в ремонте за счёт оптимизации процессов согласования между СТОА и страховщиком. Сформулированы практические рекомендации по внедрению нового алгоритма в работу страховых компаний и сервисных центров. Перспективным направлением дальнейшего исследования является проверка алгоритма на практике и оценка экономической эффективности его применения.

Введение. Разрушение покрытий автомобильных дорог и гидротехнических сооружений часто происходит из-за недостаточного уплотнения насыпных грунтов ввиду послойного уплотнения на малую глубину. Решение этой проблемы требует совершенствования технологии и оборудования для равномерного уплотнения грунтов на глубину, независящую от толщины насыпного слоя. Целью данного исследования является определение передаточного отношения нового устройства для глубокого уплотнения грунтов, разработанного соавторами.

Материалы и методы. В работе используются методы математического моделирования нового устройства по кинематическим схемам для определения передаточного отношения. Рассмотрены кинематические схемы нового устройства с использованием трех конусных роликов, расположенных между водилом, эпициклом (уплотняемым грунтом) и забурником через равные углы. На основе анализа кинематических схем выявлена зависимость передаточного отношения устройства от угловых скоростей водила и конусного ролика. Определены угловые скорости и построена схема для определения радиусов водила и конусного ролика. Получена зависимость передаточного отношения нового устройства от его геометрических характеристик.

Результаты. Получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025660077. Представлены фрагменты исходного кода программы для расчета передаточного отношения устройства на языке программирования Python. Результаты работы могут быть использованы инженерами и специалистами профильных предприятий, конструкторских бюро и инжиниринговых центров при расчете параметров аналогичных устройств. Практическое значение результатов исследования связано с усовершенствованием устройств глубокого уплотнения грунтов и повышением показателей эффективности дорожно-строительных машин.

Обсуждение и заключение. Ценность работы обусловлена полученным выражением для передаточного отношения нового устройства, обладающим научной новизной. Установленная связь между передаточным отношением, углом между осями конусных роликов и углом наклона образующей конусного ролика позволяет рассчитать крутящий момент на валу рассматриваемого механизма. Также представлен экспериментальный образец нового устройства с оптимальными геометрическими параметрами.

Введение. Продолжительность эксплуатации гидропривода рабочих органов наземных машин зависит от своевременной их диагностики. Выход из строя гидравлической системы во время работы в сложных условиях может привести к значительным экономическим затратам для восстановления её работоспособности. Для предотвращения внезапных отказов гидроцилиндров следует проводить диагностику с учётом показателей по результатам, по которым можно сделать вывод о техническом состоянии.

Материалы и методы. Исследование базируется на использовании переходного процесса (гидроподпора) и перетока жидкости между полостями гидроцилиндра с фиксацией утечек в сопряжении «поршень-гильза» и получения характеристики отклика на эти факторы. В качестве параметра отклика предложено использовать скорость нарастания давления (угол повышения давления). В данной статье приведён теоретический анализ. Установлено, что в качестве диагностирующего параметра можно использовать скорость нарастания давления в сливной магистрали, которая учитывает давление и утечки в гидроцилиндре.

Результаты. В результате исследования было установлено влияние утечки между полостями гидроцилиндра на угол повышения давления, также проведены эксперименты, насколько влияет тип трубопровода на скорость нарастания давления ввиду влияния коэффициента объёмной жёсткости.

Обсуждение и заключение. Исследование подтвердило влияние объёмной жёсткости трубопроводов на угол повышения давления. Угол повышения давления для рукавов высокого давления составил от 43,1 до 40,7 градусов (разница 17,5%) включительно, а для стального трубопровода от 45,7 до 44,5 (разница 20,3%) соответственно, что говорит о влиянии жёсткости трубопровода гидропривода на угол повышения давления.

Введение. Несущая металлоконструкция является основой эскалатора: на неё монтируются приводные агрегаты, тяговые системы, ограждающие устройства и другие узлы, обеспечивающие собственно его работу. Один из наиболее типичных видов коррозионного разрушения металлоконструкций эскалаторов – сплошная равномерная коррозия по всей поверхности. Данный процесс характеризуется поступательным проникновением коррозионных изменений от наружных слоёв материала к его внутренней структуре, что приводит к уменьшению эффективного поперечного сечения и снижению прочностных характеристик и, при практически неизменных эксплуатационных нагрузках, к росту значений возникающих механических напряжений. Основная цель настоящего исследования заключается в снижении трудовых и финансовых затрат комплексных обследований металлоконструкций эскалаторов за счёт внедрения дистанционных методов контроля, которые обеспечивают непрерывный мониторинг за их состоянием и позволяют автоматизировать расчётные процедуры, повышая тем самым свою эффективность без снижения качества оценок технического состояния.

Материалы и методы. При написании статьи были использованы данные комплексного обследования эскалаторов ГУП «Петербургский метрополитен», реализованного совместно экспертной организацией ООО «СТЭК» и специалистами кафедры «Наземные транспортно-технологические комплексы» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I (ПГУПС), использовались конструкторская документация, статистические методы и методы математического моделирования.

Результаты. Функциональный принцип предлагаемого визуально-оптического метода диагностики предполагается использовать как составной элемент комплексной системы наблюдения за коррозией, ориентированной на непрерывную оценку эксплуатационного состояния несущих металлоконструкций эскалаторов и на заблаговременное выявление возможных отказов, связанных с развитием коррозионного повреждения.

Заключение. Предлагаемый метод обеспечивает комплексную количественную оценку коррозионных повреждений по трём параметрам: по глубине проникновения, по локальным (очаговым) дефектам и по изменению механических свойств металла. Расширение спектра одновременно оцениваемых характеристик приводит как минимум к 30-процентному росту информативности результатов, что даёт возможность в полтора раза повысить корректность прогноза остаточного ресурса металлоконструкций.

Введение. Проницаемость грунтов и материалов является важным параметром при защите от подтопления в городском строительстве. Любую жидкость или газ называют флюидом при фильтрационном движении через пористый грунт или материал. При защите от подтопления основной жидкостью является вода, а основным газом – воздух. В данной работе обоснована аналогия движения подземных вод и воздуха. Основное внимание уделено фильтрации воздуха в грунте или материале. Предложен, теоретически обоснован и практически опробован способ определения воздухопроницаемости грунта или материала в целях защиты от подтопления в городском строительстве.

Методы и материалы. На основании фундаментальных законов проанализирована аналогия движения подземных вод и воздуха. Рассмотрен предложенный способ определения воздухопроницаемости грунтов и строительных материалов с помощью простого, но довольно надёжного прибора, который был сконструирован автором и испытан на многочисленных лабораторных опытах. Погрешность прибора не превышала 1%. В качестве сравнительного примера даны экспериментальные данные автора в виде графика воздушной фазовой проницаемости.

Обсуждение. Рассмотрены полученные результаты по методологии и практическому определению воздухопроницаемости грунта или материала в целях защиты от подтопления в городском строительстве, сопоставляемые с обзором последних публикаций, близких к теме исследования.

Заключение. Таким образом, в представленной работе проанализирована аналогия движения подземных вод и воздуха. Основное внимание уделено фильтрации воздуха в грунте или строительном материале. Предложен, теоретически обоснован и практически опробован способ определения воздухопроницаемости грунта или материала в целях защиты от подтопления в городском строительстве. Предпринятая тема исследования весьма актуальна, разработанная методология и способ определения воздухопроницаемости грунтов и материалов рекомендуется к практическому применению при борьбе с подтоплением в городском строительстве.

Введение. В условиях устойчивого роста автомобилизации и увеличения нагрузки на улично-дорожную сеть крупных городов возникает необходимость совершенствования методов управления регулируемыми перекрёстками. Традиционные системы светофорного регулирования, основанные на фиксированных программах либо данных локальных детекторов, обладают ограниченной адаптивностью и не всегда обеспечивают эффективное распределение пропускной способности при изменяющихся транспортных потоках. Целью настоящего исследования является разработка метода адаптивного управления светофорным регулированием городских перекрёстков на основе навигационных данных транспортных средств. Материалы и методы. В работе использованы данные, поступающие от навигационных устройств транспортных средств, включая координаты, скорость и направление движения.

Методология исследования основана на прогнозировании ожидаемого количества транспортных средств, подходящих к перекрёстку по каждому направлению, и оценке времени их прибытия. Управление параметрами светофорного цикла осуществляется в дискретных расчётных интервалах продолжительностью 15 мин с учётом временной неопределённости подхода транспортных средств. Для повышения устойчивости управления предложен механизм взвешивания, позволяющий корректно учитывать транспортные средства, прибывающие вблизи границ расчётных интервалов, а также остаточные очереди предыдущих периодов.

Результаты. Результаты исследования показывают, что применение разработанного метода обеспечивает более сбалансированное распределение продолжительности зелёных фаз пропорционально ожидаемой нагрузке направлений движения, что способствует повышению пропускной способности перекрёстков и снижению задержек транспортных средств. Предлагаемый подход ориентирован на использование в рамках государственных систем управления дорожным движением и не требует установки дополнительных детекторов или средств видеофиксации.

Обсуждение и заключение. Практическая ценность работы заключается в возможности внедрения метода при проектировании и модернизации светофорных объектов в крупных городах. Оригинальность исследования состоит в использовании прогнозно-ориентированного подхода к адаптивному управлению светофорами на основе навигационных данных, что расширяет возможности существующих систем управления дорожным движением.

Введение. Повышение безопасности дорожного движения требует разработки методов проактивного выявления участков с повышенной концентрацией дорожно-транспортных происшествий. Существующие подходы недостаточно используют потенциал анализа исторических пространственно-временных данных для прогнозирования зон повышенного риска.

Материалы и методы. В работе использованы данные о 16 247 ДТП за период 2015–2024 гг. по г. Казани, предоставленные ГИБДД. Применен метод пространственной кластеризации по фиксированному радиусу (100 м) с порогом плотности 20 ДТП на зону. Для обработки данных использованы библиотеки Python (pandas, haversine), для визуализации – folium и GeoJSON. Результаты. Разработаны методика и алгоритм выявления аварийно-опасных зон, включающая этапы предварительной обработки геоданных, кластеризации по радиусу, оценки плотности аварий и характеристики зон по доминирующим типам ДТП. Выявлено 127 аварийно-опасных зон, из которых 50 наиболее значимых характеризуются концентрацией от 21 до 87 ДТП. Установлено, что 78% зон локализованы на перекрестках и участках с интенсивным движением. Временной анализ выявил пик аварийности в вечерние часы (17:00–20:00) и увеличение количества ДТП на 23% в осенне-зимний период.

Обсуждение и заключение. Предложенная методика позволяет объективно идентифицировать аварийно-опасные зоны, выявленные алгоритмом кластеризации с учетом пространственной концентрации происшествий. Результаты могут быть интегрированы в навигационные системы для формирования контекстно-зависимых предупреждений водителям. Практическая значимость подтверждена разработкой прототипа мобильного приложения на платформе Android с использованием Yandex MapKit SDK. Практическое значение: методика обеспечивает снижение трудозатрат на выявление проблемных участков дороги и повышает эффективность распределения ресурсов дорожно-эксплуатационных служб. Разработан прототип мобильного приложения на платформе Android с использованием Yandex MapKit SDK, обеспечивающий визуальное и звуковое предупреждение водителей при приближении к аварийно-опасным зонам. Оригинальность/ценность: комплексный подход, объединяющий пространственный анализ данных ГИБДД с возможностью оперативной визуализации и интеграции в мобильные навигационные сервисы для проактивного предупреждения водителей.