Методичні основи управління системами міських пасажирських перевезень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний транспортний університет

УДК: 656.132.072

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Методичні основи управління системами міських пасажирських перевезень

05.22.01 - Транспортні системи

Шпильовий Іван Федорович

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі транспортного права та логістики Національного транспортного університету Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Дмитриченко Микола Федорович, Національний транспортний університет, завідувач кафедрою виробництва, ремонту та матеріалознавства.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Прокудін Георгій Семенович, Національний транспортний університет, професор кафедри «Інформаційних технологій».

кандидат технічних наук, доцент, Мороз Микола Миколайович Кременчуцький державний університет ім. М. Остроградського, зав. кафедрою «Транспортних технологій».

Захист відбудеться « 29 » вересня 2010 року о 12 год., на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.02. при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, аудиторія 333.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розіслано « 28 » серпня 2010 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент В.І. Каськів

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Згідно Законів України «Про транспорт», «Про автомобільний транспорт», «Про міський електротранспорт» головним завданням транспорту є своєчасне, якісне та повне задоволення потреб населення в перевезеннях за умови ефективного використання транспортних засобів (далі - ТЗ). Значне місце в цьому належить транспорту загального користування (далі - ТЗК). Задовольняючи попит населення в перевезеннях, міський пасажирський транспорт впливає на рівень продуктивності праці, побутового обслуговування, розвиток культури і дозвілля та суттєво позначається на рівні соціальної напруги в суспільстві. Потреби в міських перевезеннях виникають у 97% населення України, річний обсяг перевезень пасажирів становить понад 70% від загального, а тому вдосконалення управління системами міських пасажирських перевезень (далі - СМПП) набуває вирішального значення для міст України. Адже покращення транспортного обслуговування населення це не лише одне з конституційних прав людини, важливий аспект розвитку внутрішнього ринку товарів та послуг, а і підвищення рівня транспортного обслуговування населення до вимог соціальних стандартів, які передбачені Законом України «Про державні соціальні стандарти та державні соціальні гарантії».

Розвиток міських пасажирських перевезень (далі - МПП) в умовах кардинальних економічних, соціальних та демографічних змін, які спостерігаються в останні десятиліття в містах України, з одного боку, і поширення інформаційних та телекомунікаційних технологій з іншого, вимагають постановки нових і переопрацювання низки відомих наукових задач щодо раціонального управління процесами і системами МПП на стратегічному, тактичному та оперативному рівнях. Проведений аналіз довів, що найбільш актуальними щодо подальших досліджень є наступні питання: розроблення методів, моделей та алгоритмів побудови міських маршрутних систем з підтримкою інформаційними та телекомунікаційними технологіями; вивчення закономірностей формування попиту населення на перевезення; адаптація методик обстеження пасажиропотоків на маршрутах до можливостей застосування прогресивних методів його автоматизації.

Таким чином, розроблення методів і моделей управління СМПП, які ґрунтуються на сучасних інформаційних технологіях, дозволяють підвищувати достовірність і ефективність процесів обстеження та маршрутизації МПП, є актуальною науковою задачею. Упровадження результатів вирішення цієї задачі на практиці, має сприяти досягненню запланованих регіональною програмою розвитку пасажирського ТЗК показників якості транспортного обслуговування населення в м. Києві на 2015р., а саме забезпечити: збільшення рухомості населення з 170 до 210 поїздок на рік; середньодобовий інтервалу руху - 11 хв.; а у години пік - 5 хв.; швидкості сполучення 19 км/год.; середнє навантаження на вільну площу салону транспортного засобу в години пік - до 5 чол./м² та забезпечити регулярність руху на маршрутах на рівні 95%.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові результати роботи отримані в процесі виконання задач цільової комплексної програми «Транспорт - програма розвитку та вдосконалення транспорту України в 1992-2010рр.», прийнятої розпорядженням КМУ від 23.07.1993р. №551-Р, Програми соціально-економічного та культурного розвитку Києва 1999-2010рр., затвердженої рішенням Київради від 30.03.1999р. №183/284, Програми основних напрямків наукових досліджень Національного транспортного університету «Розробка методичних рекомендації регулювання ринку пасажирських перевезень м. Київ» (№ держ. реєстрації 01054003296), планів науково-дослідних робіт Головного управління транспорту та зв'язку КМДА, а також науково-дослідної роботи за темою «Методи і моделі оцінки пасажиропотоків на міських маршрутах, та розробка автоматизованого комплексу щодо їх обліку» (код КПКВ 221044).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є забезпечення вимог до параметрів якості пасажирських перевезень за умов раціонального використання ТЗ на основі розроблення методів і моделей, які дозволяють підвищувати достовірність та ефективність процесів обстеження пасажиропотоків та маршрутизації МПП. Для досягнення поставленої мети в роботі мають бути вирішені такі задачі:

- з єдиних системних позицій визначити комплекс проблем управління СМПП в умовах ринкових економічних відносин (на прикладі м. Київ);

- на основі проведеного порівняльного аналізу методів і моделей, які використовуються при вирішенні науково-технічних задач управління СМПП, встановити задачі управління СМПП, які потребують подальшого наукового обґрунтування і визначити методи дослідження;

- розробити модель раціонального функціонально-цільового управління СМПП;

- дослідити закономірності формування та управління попитом населення на пасажирські перевезення в міському сполученні;

- обґрунтувати комплексний метод визначення попиту населення на пасажирські перевезення, яким передбачається прогнозування пасажиропотоків та кореспонденцій з урахуванням факторів рухомості населення, моделювання процесу вибору пасажирами оптимальних маршрутів і застосування автомати-зованих методів збору та обробки інформації щодо обстеження пасажиропотоків в оперативному режимі;

- розробити модель вибору пасажиром оптимального маршруту за критеріями загальних витрат часу і вартості проїзду у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі;

- розробити методику проектування раціональної маршрутної системи МПП, якою передбачається застосування комплексного методу визначення попиту населення на пасажирські перевезення;

- провести дослідження запропонованих методів, моделей і алгоритмів раціонального управління СМПП щодо рівня достовірності вихідної інформації про розподіл пасажиропотоків на маршрутній мережі міста.

Об'єктом дослідження є процеси і системи МПП.

Предметом дослідження визначено моделі та методи управління процесами і системами МПП.

Методологічні основи дослідження. При опрацюванні літературних джерел й досліджень еволюції проблеми, що вивчається, застосовані методи наукової ідентифікації та зіставно-порівняльного аналізу. Метод системного аналізу та абстрактно-логічного методу використані при розробленні моделі раціонального функціонально-цільового управління МПП. При розробленні комплексної системи моделей планування функціонування систем МПП було застосовано методи системного аналізу та теорій транспортного процесу і систем. Методи теорій транспортного процесу і систем, теорії ймовірностей та математичної статистики використані при розробленні моделі вибору пасажиром оптимального маршруту слідування до місця призначення за критеріями витрат часу й вартості проїзду за умови різних режимів руху.

Наукова новизна досліджень полягає в тому, що, на основі системних засад моделювання процесів управління пасажирськими перевезеннями, розроблено методи і моделі обстеження пасажиропотоків та маршрутизації МПП, які, ґрунтуючись на інформаційних технологіях, дозволяють підвищити достовірність та ефективність процесів обстеження пасажиропотоків та маршрутизації МПП.

Уперше:

- запропоновано комплексний метод визначення попиту населення на пасажирські перевезення, який передбачає прогнозування пасажиропотоків і кореспонденцій з урахуванням трьох ланцюгової класифікації факторів визна-чення рухомості населення; моделювання процесу вибору оптимального маршруту слідування пасажиром до місця призначення; автоматизований збір та обробку вихідної інформації щодо обстеження пасажиропотоків;

- розроблено системну модель раціонального функціонально-цільового управління СМПП;

- розроблено модель вибору пасажиром оптимального маршруту слідування до місця призначення за критеріями загальних витрат часу і вартості проїзду у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі;

- розроблено алгоритм проектування раціональної маршрутної системи МПП, яким передбачається застосування комплексного методу визначення попиту населення на пасажирські перевезення;

- запропоновано розвинути діючу нормативно-правову базу пасажирських перевезень в частині введення поняття «автоматизований метод обстеження пасажиропотоків і кореспонденцій» та його визначення;

удосконалено:

- методологію дослідження закономірностей формування та управління попитом населення на пасажирські перевезення в частині підвищення достовірності вихідної інформації обстеження пасажиропотоків за рахунок застосування методів автоматизації обстеження пасажиропотоків;

набули подальшого розвитку:

- системний факторний аналіз внутрішнього і зовнішнього середовища пасажирських маршрутних систем у частині комплексного порівняльного обґрунтування принципів технологічного регулювання галузі пасажирських перевезень у країнах з ринковою економікою та економікою перехідного періоду;

- методологія планування транспортних систем в частині моделювання процесів планування МПП.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисерта-ційному дослідженні методологічні основи обстеження пасажиропотоків та маршрутизації МПП з використанням інформаційних технологій дали можливість отримати наукові результати, які мають високу ступінь готовності до впровадження. До результатів, які мають найбільшу практичну значущість, можна віднести:

- методику проектування раціональної маршрутної системи МПП, якою передбачається застосування комплексного методу визначення попиту населення на пасажирські перевезення;

- методику вибору пасажиром оптимального маршруту слідування до місця призначення за критеріями загальних витрат часу і вартості проїзду у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі.

Автоматизоване робоче місце інженера-проектувальника МПП (далі - АРМ ІПМПП), а також висновки і рекомендації, що одержані у дослідженні, впроваджувались в Головному управлінні транспорту та зв'язку КМДА. Наукові результати роботи були використані при підготовці пакету документів щодо розробки проектів «Правила надання послуг пасажирського автомобільного транспорту» і «Порядок і умови організації перевезення пасажирів та багажу автомобільним транспортом». Результати дисертаційного дослідження знайшли відображення у монографії «Системні аспекти логістики в проектах пасажирських перевезень», положення якої були використані при розробці навчальних програм для студентів ВНЗ, що навчаються за напрямами «Логістика» та «Транспортні технології».

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною науковою роботою. Висновки й результати, в тому числі й ті, що характеризують наукову новизну, здобуті і сформульовані автором самостійно. З наукових праць, опублікованих у співавторстві за списком, який подано у авторефераті, автору належить: визначення основних напрямів та завдань вдосконалення роботи і управління міським пасажирським транспортом з врахуванням сучасного напряму логістики [1, 2, 3, 4, 14]; дослідження виробничо-господарської діяльності транспортного комплексу та фактичного стану ринку пасажирських перевезень у м. Київ [5, 6, 7]; визначені методичні основи управління СМПП та розроблена концепція їх проектування в умовах ринкових економічних відносин [8, 9]; розроблені методи і моделі оцінки пасажиропотоків на міських маршрутах для підвищення якості та культури транспортного обслуговування населення [10, 11, 12]; показані основні напрями вдосконалення пасажирських перевезень за рахунок розробки та практичної реалізації методів, моделей та алгоритмів моделювання та оптимізації МПП [13].

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні положення дисертації доповідались і отримали позитивну оцінку на LXI-LXVI наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів НТУ секції «Системні методи моделювання та оптимізації процесів на транспорті» та XI Міжнародної науково-практичної конференції «Ринок послуг транспортних систем та прикладні проблеми логістики».

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 14 наукових працях, з яких 9 праць у фахових виданнях, які входять до переліку затвердженого ВАК України, в тому числі 4 статті одноосібні.

Структура і обсяг дисертації. Структура дисертаційної роботи визначена задачами досліджень і включає вступ, чотири розділи, загальні висновки, список використаних джерел (234 найменування), три додатки. Основний текст дисертації становить 184 сторінки машинописного тексту, 27 рисунків, 6 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі викладено актуальність теми дисертаційної роботи, узагальнено проблеми управління СМПП, визначено мету, задачі та методи дослідження, викладено наукову новизну та практичну цінність, зазначено ступінь обґрунтованості і достовірності основних висновків та рекомендацій, сформульованих у дослідженні, наведено інформацію про апробацію та реалізацію одержаних результатів.

Перший розділ. В першому розділі, з єдиних системних позицій, визначено комплекс проблем управління СМПП в умовах ринкових економічних відносин, проведено порівняльний аналіз методів і моделей, які використовуються при вирішенні науково-технічних задач управління СМПП, встановлено задачі управління СМПП, які потребують подальшого наукового обґрунтування. Значний внесок у встановленні і розвитку методології управління транспортними процесами і системами МПП зробили Афанасьєв Л.Л., Воркут А.І., Дмитриченко М.Ф., Доля В.К., Ігнатенко О.С., Коцюк О.Я., Левковець П.Р., Миротін Л.Б., Мун Е.В., Поліщук В.П., Петрашевський О.Л., Хабутдінов Р.А., Фішельсон М.С. та інші.

Разом з тим, проведений порівняльний аналіз методів і моделей, які можуть бути використані при вирішенні науково-технічних задач управління СМПП, рис.1, дозволив встановити задачі управління СМПП, які вимагають подальшого наукового розвитку. Так, аналіз результатів застосування відомих на сьогодні методів і моделей визначення пасажиропотоків та пасажирських кореспонденцій у містах показав, що дані методи та моделі мають суттєву похибку. У значній мірі, це зумовлено тим, що природа формування попиту населення на перевезення на сьогодні залишається дослідженою недостатньо. Зрозуміло, що останнє, вимагає систематичного вивчення цього попиту, узагальнення отриманих результатів та їх наукового опису.

Виконаний у роботі аналіз методів і моделей вивчення попиту населення на МПП показав, що найбільш широко застосовуються на практиці натурні методи, які ґрунтуються на обстеженнях пасажиропотоків і пасажирських кореспонденцій. Ці методи дозволяють отримати вихідну інформацію достатньої достовірності, однак їх відрізняє значна трудомісткість. Розрахунково-прогнозні методи і моделі або методи і моделі трансформації пасажирських кореспонденцій у пасажиропотоки навпаки, характеризуються низькою трудомісткістю, але достовірність інформації, яку вони забезпечують, є відносно невисокою.



Рис. 1. Основні задачі управління маршрутними системами МПП в дослідженнях вітчизняних і зарубіжних вчених

Подальший розвиток методів і моделей вивчення попиту на перевезення вимагає розроблення та впровадження ефективного автоматизованого інструментарію збору і зберігання вхідної інформації про попит на перевезення, її оновлення та прогнозування. Водночас, вітчизняними методиками вивчення попиту населення на перевезення не передбачається застосування автоматизованого методу обстеження пасажиропотоків на маршрутах.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячено формуванню системних засад моделювання процесів управління МПП. Запропоновано модель функціонально-цільового управління МПП, комплексну модель планування функціонування СМПП, а також, методичні підходи до формування раціональ-них організаційних структур систем управління МПП. Умовами побудови відповідних моделей передбачається розподіл функцій і задач між різними підсистемами управління (ланками управління СМПП), тобто застосування функціонально-цільового принципу. Таким чином, модель розподілу функцій і задач СМПП може бути представлена в матричній формі, а саме:

, (1)

де n - кількість ланок управління системи;

m - кількість функцій управління.

Кожна з ланок відокремлюється з загальної системи управління для вирішення визначених задач, кількість яких позначається як: N_1, N₂,……., N_z,……N_n. Якщо позначити кожну з управлінських дій числом а, то може бути представлена як матриця:

, , (2)

де - кількість управлінських дій, що проводиться ланкою СМПП щодо виконання кожної задачі за функцією .

Результатом моделювання СМПП є визначення сумарних витрат на здійснення управління системою:

, (3)

де - витрати на здійснення кожної управлінської дії.

Завдяки запропонованій моделі управління СМПП вдалося в рамках принципової схеми інформаційного управління конкретизувати її основні елементи, суб'єкт та об'єкт управління. В ролі суб'єкта управління виступають управлінські системи декількох рівнів: вищого рівня - транспортні управління органів місцевого самоврядування; першого рівня - координаційний комітет ТЗК, відділи транспортної інспекції; другого рівня - фінансово-інвестиційні комісії, відділи безпеки руху та економічної безпеки. В ролі суб'єкта управління виступають перевізники різних форм власності.

В результаті виконаного дослідження встановлено, що в основу інформаційного управління СМПП необхідно покласти її функціональну схему трьохрівневого замкнутого циклу: циклу коригування; циклу організації та циклу планування, рис. 2. Таким чином, об'єкт управління (перевізник) отримає три види управлінських дій (інформаційні команди), від суб'єкта управління (транс-портні управління, служба диспетчеризації тощо): планові, які виконуються без будь-яких додаткових управлінських дій; організаційні, які виконуються за умови порушення ефективного функціонування об'єкта управління; регулюючі, які оперативно виконуються в разі відхилення об'єкта управління від запланованого режиму його функціонування.

В роботі показано, що істотним фактором, який ускладнює синтез ефективної управлінської структури СМПП, є відсутність обґрунтованих формалізованих критеріїв, що описують її функціонування. Для усунення низки недоліків була вирішена система задач оптимізації процесів оперативного управління СМПП. За цільову функцію прийнято мінімум управлінських витрат Вз, див. рівняння (3), щодо надання транспортних послуг пасажирам З заданого рівня якості. Тоді задача синтезу оптимальної структури СМПП буде складатися з пошуку ланцюгів системи (Л) та зв'язків між ними (Г_л), множини задач управління СМПП (N) і кількості виконаних управлінських дій (І) щодо забезпечення заданого рівня наданих транспортних послуг (З) за мінімуму управлінських витрат (), на їх виконання. Тоді:

(4)

при N_і є N; з_і є З; Г_лі є Г_л, Г_Nj є Г_N, де - ефект від реалізації Ї управлінської дії по кожній функції j = 1, 2 …., m; - рівень кількісної функції надання пасажирських послуг, які мають v- частину в загальному обсязі перевезень; - управлінські витрати на виконання - ої функції.

Максимізація цільової функції за рахунок мінімізації витрат СМПП має вигляд:

,

де - управлінські витрати, які припадають на і-ту кількість ланок управління СМПП, які виконують j-ту кількість управлінських функцій.

Встановлено, що для забезпечення заданого рівня надання пасажирських послуг З_пл необхідне збільшення кількості ланок управління СМПП для виконання заданої кількості управлінських функцій, або заданої кількості ланок управлінських функцій, які в них виконуються. При цьому, мінімізація управлінських витрат досягається за конкретних значень Л_і є Л, N_pj є N.



Рис. 2. Функціональна схема інформаційного управління СМПП:

інформації: В - вихідна: В_c - про стаціонарні умови зовнішнього середовища; В_в - про зовнішні збурюючі впливи; В_і - про стан об'єкта управління; В_у - облікова; В_а - аналітична; В_к - контрольна; N - проміжна: N_H - нормативна; N_L - прогнозна; N_п - планова; Y - керуюча: Y_m - програмна; Y_o - організаційна; Y_р - регулююча.

Третій розділ присвячений розробці комплексу моделей управління СМПП. Здійснена постановка задачі і розроблена модель оптимізації вибору пасажиром маршруту слідування в умовах суміщення технологій перевезень пасажирів у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі. Застосування комбінованої технології перевезень дозволяє оптимізувати розподіл ТЗ за маршрутами; підвищити їх провізну здатність за рахунок підви-щення коефіцієнту наповнення; зменшити собівартість та збільшити рентабель-ність перевезень. При цьому, як показали дослідження, збільшиться час очікування пасажирами, які обслуговуються тільки в режимі маршрутного таксі (частка фіксованих поїздок). Одночасно, кількість пасажирів, тобто частка альтернативних поїздок, не зменшиться. Крім того, використання ТЗ різної місткості забезпечить додаткові переваги. Було доведено, що для оптимального вирішення поставленої задачі необхідно або максимізувати різницю між перевагами пасажирів і витратами перевізника, або мінімізувати загальні (перевізника та пасажира) витрати (еластичний попит). Даний підхід дозволив застосувати мультиперіодичну модель оптимізації, у якій кінцеві зупинки, частота руху і місткість автобуса для обох режимів руху, а також середня величина тарифу, є змінними вхідними параметрами.

Рис. 3. Гістограма і щільність розподілу: а) інтервалу між автобусами, що прибувають на зупинку; б) інтервалу між автобусами, що залишають зупинку; в) часу перебування автобусів на зупинці.

У дисертації показано, що традиційний підхід щодо управління роботою транспорту при розподілі поїздок, який ґрунтується на принципі, що вибір пасажирів обумовлюється лише частотою руху ТЗ і середніми витратами часу на очікування, і при цьому, як правило, не враховується різниця в часі поїздки та вважається, що інтервали між прибуттям автобусів різних маршрутів мають рівномірний розподіл - не є ефективним. Це підтвердили натурні дослідження на транспортній мережі м. Київ, ймовірнісні закономірності руху ТЗ, які представлені на рис. 3. Запропонована в роботі модель вибору пасажиром маршруту слідування описує час поїздки й інтервали руху та їх неузгодженості на різних маршрутах, що є більш реалістичним з поведінкової та операційної точок зору, в умовах, коли моменти прибуття ТЗ на зупинки є незгодженими і рівномірно розподіленими, пасажири ознайомлені з розкладом руху, а також, враховуючи прагнення

пасажира мінімізувати середні витрати

часу на пересування, був проведений

ймовірнісний аналіз, який дозволив

отримати вірогідності вибору пасажиром

маршруту та розрахувати його витрати часу на очікування ТЗ.

Ймовірність вибору маршруту визначається в такий спосіб:

, (5)

а середній час очікування:

, (6)

де r - час поїздки, хв.; t - інтервал руху, хв.; w - середній час очікування, хв.; k - кількість маршрутів із режимами руху звичайним, експресним та маршрутного таксі.

Алгоритм моделювання процесу вибору пасажиром оптимального маршруту наведено на рис. 4.

Рис. 4. Алгоритм моделювання процесу вибору оптимального маршруту

В роботі показано, що даний підхід до моделювання процесів управління СМПП дозволяє враховувати зміни у значеннях багатьох критеріїв вибору пасажиром маршруту слідування з різними режимами руху.

В четвертому розділі представлено програмна реалізація дослідження і перспективи розвитку управління СМПП. На базі розроблених у дисертаційній роботі математичних моделей, які ґрунтуються на методології побудови транспортних систем міст, запропонована структурна схема програмного комплексу АРМ ІПМПП, яка складається з наступних блоків:

1. Блок введення даних: для факторного аналізу СМПП - реалізує програмну підтримку процесу введення даних відносно наступних компонентів: матриці міжрайонних кореспонденцій населення; графу міжрайонної мережі зв'язків, класифікації транспортного обслуговування населення за районами; для моделювання процесу вибору оптимального маршруту відносно таких компонентів: графу транспортної мережі МПП; поелементних витрат часу пасажирів на пересування; величини тарифу; середньої експлуатаційної швидкості ТЗ; сукупності характеристик маршрутів.

2. Блок розрахунку критеріїв факторного аналізу СМПП: забезпечує програмну реалізацію моделей та методів управління СМПП в ітеративному режимі, а саме, передбачає розрахунок адитивних критеріїв оцінювання якості транспортного обслуговування населення міста.

3. Блок формування проекту маршрутів нераціональної побудови: передбачає можливість використання оптимальних значень цільових параметрів моделі СМПП на стадії її побудови для маршрутів у режимах руху звичайному, експресному і маршрутного таксі.

4. Блок збору вхідної інформації автоматизованим методом обстеження пасажиропотоків на раціональних маршрутах: забезпечує перевірку балансу вхід - вихід для кожного ТЗ та вагонів; обробку інформації по кожній зупинці; перевірку балансу вхід - вихід в інтервалі за годинами доби; формування машинограм і картограм пасажиропотоків та матриць кореспонденцій.

5. Блок формування матриці міжрайонних кореспонденцій: забезпечує програмну реалізацію математичних моделей, які виключають із матриці кореспонденцій зв'язки, що не увійшли до переліку раціональних маршрутів.

6. Блок пошуку пасажирами оптимальних шляхів слідування: здійснює ітеративний перебір множини кореспонденцій для визначення варіантів з однією, двома, трьома пересадками.

7. Блок аналізу наявності оптимальних шляхів пересування: у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі.

8. Блок розрахунку, запису та порівняння картограм пасажиропотоків у відповідності з матрицею кореспонденцій: забезпечує порівняння пасажиропотоків, отриманих при попередніх ітераціях.

9. Блок розрахунку техніко-експлуатаційних характеристик СМПП: здійснює заключний підготовчий інформаційний опис формування та управління СМПП.

Для вирішення задачі маршрутизації маршрутної системи розроблений евристичний алгоритм, який базується на використанні методу направленого відбору варіантів. Цей алгоритм був покладений в основу розробленого програмного комплексу АРМ ІПМПП. На рис. 5 представлена структурна схема алгоритму маршрутизації системи МПП. Довідкова інформація по кожному діючому i апріорно заданому маршруту була зібрана з застосуванням автоматизованого методу обстеження пасажиропотоків. Вона включає в себе номер маршруту, послідовність дуг, вид транспорту, тип ТЗ, кiлькiсть одиниць ТЗ, швидкість сполучення, вартість поїздки.

На базі розробленого програмного комплексу АРМ ІПМПП були здійснені експериментальні дослідження та аналіз результатів удосконалення пасажирських маршрутних систем. Проведено оцінювання точності автомати-зованого методу у порівнянні з табличним методом. Встановлено, що похибка не перевищує 5%, тобто точність розрахунків є достатньою для практичних цілей.

міський пасажирський перевезення управління



Рис. 5. Блок-схема маршрутизації системи МПП: 1- початок; 2 - введення вихідних даних з застосуванням автоматизованого методу обстеження пасажиропотоків; 3 - розподіл безпересадочних кореспон-денцій; 4 - вибір із матриці елемента з максимальним значенням; 5 - визначення необхідної кількості ТЗ r - го типу w - виду транспорту; 6 - пошук найкоротшого шляху слідування пасажирами і перевірка умови задачі; 7 - вибір ТЗ з малими провізними можливостями; 8 - вибір безпересадочних маршрутів; 9 - вибір альтернативних маршрутів; 10 - розподіл безпересадочних кореспонденцій і перегляд на подовження маршруту; 11 - зменшення клітинок матриці на величину реалізованих кореспонденцій; 12 - формування основи системи маршрутів; 13 - проведення розподілу пасажиропотоків на транспортній мережі; 14 - визначення максимально допустимого інтервалу руху на маршрутах; 15 - визначення часу початку і закінчення роботи маршрутів; 16 - визначення часу початку і закінчення наряду роботи; 17 - 19 - визначення можливості встановлення розриву змін; 20 - 23 - збільшення часу зміни за рахунок введення часу на обід; 24 - 25 - визначення сумарної кількості ТЗ місткістю 60 пас.; 26 - коригування кількості ТЗ, яка залишилась за величиною незадоволеного попиту на перевезення; 27 - 30 - переведення ТЗ місткістю 60 пас. на ТЗ місткістю понад 60 пас. і проведення їх розподілу за маршрутами; 31 - 39 - розподіл розрахункової кількості ТЗ визначеної місткості за формами організації праці водіїв; 40 - порівняння розрахункової кількості ТЗ з встановленим розподілом пасажиропотоків в блоку 13; 41 - почергове виключення маршрутів з збиткової сукупності; 42 - 44 - блоки аналогічні 13 - 40; 45 - визначення критерію оптимізації; 46 - аналіз результатів виключення маршрутів із збиткової сукупності; 47 - розрахунок техніко-економічних характеристик оптимальної маршрутної системи.

Виходячи з того, що використання недостовірної інформації про пасажиропотоки при маршрутизації перевезень призводить до зниження ефективності останньої, було проведено вивчення впливу рівня достовірності згадуваної інформації на витрати на перевезення та розрахункову кількість ТЗ на прикладі м. Києва, рис. 6.



Рис 6. Залежність витрат на перевезення від рівня достовірності інформації про пасажиропотоки: 1 - витрати, пов'язані з організацією перевезень; 2, 3, 4 - витрати, пов'язані з очікуванням пасажирами ТЗ, відповідно: - при фактичному пасажиропотоці (2); - коли інформація про пасажиропотоки занижена (3); - коли інформація про пасажиропотоки завищена (4); 2¹, 3¹ ,4¹ - сумарні витрати.

Дослідження показали, що визначення необхідної кiлькостi ТЗ за умови використання занижених на 5% даних про рівень пасажиропотоків призводить до їх нестачі у порівнянні з результатами вирішення цієї задачі за умов використання достовірної інформації. Розрахунок за достовірною інформацією впливає, поряд із зменшенням експлуатаційних витрат на перевезення, на суттєве підвищення витрат часу пасажирів на очікування, внаслідок чого сумарні витрати В збільшаться на 2%. Використання ж інформації про пасажиропотоки, завищеної на 5%, призводить до збільшення сумарних витрат на 4%.

Висновки

В дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача розробки методів, моделей, алгоритмів та інформаційної технології управління побудовою транспортними пасажирськими системами міста. Основні наукові та практичні результати проведених досліджень полягають у наступному:

1. Проведений аналіз показав, що найбільш актуальними щодо подальших досліджень є наступні питання: розроблення методів, моделей та алгоритмів побудови міських маршрутних систем з підтримкою інформаційними та телекомунікаційними технологіями; вивчення закономірностей формування попиту населення на перевезення; адаптація методик обстеження пасажиропотоків на маршрутах до можливостей застосування прогресивних методів автоматизації останніх.

2. Доведено, що використання математичних моделей управління системами міських пасажирських перевезень, методів кластерного аналізу, психофізичних законів та принципів оптимізації транспортних систем, забезпечує адекватність опису процесів перевезення, інтерактивний режим, адаптивність та універсальність модельних розрахунків.

3. Запропоновано комплексний метод визначення попиту населення на пасажирські перевезення, який передбачає: прогнозування пасажиропотоків і кореспонденцій з урахуванням трьохланкової класифікації факторів визначення рухомості населення; моделювання процесу вибору оптимального маршруту слідування пасажиром до місця призначення; автоматизований збір та обробку вихідної інформації, щодо обстеження пасажиропотоків.

4. Розроблено методику маршрутизації перевезень з використанням комплексного критерію, який враховує витрати часу пасажирів і різницю у вартості проїзду у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі.

5. На ґрунті запропонованих в роботі методів і моделей розроблено програмне забезпечення автоматизованого робочого місця інженера-проекту-вальника, яке дозволяє управляти СМПП в оперативному діалоговому режимі.

6. На основі розробленого АРМ ІПМПП проведено дослідження запропонованих моделей, методів і алгоритмів управління міськими пасажирсь-кими системами, щодо достовірності вхідної інформації обстеження пасажиро-потоків та оцінено ефективність застосування автоматизованого методу обстеження пасажиропотоків у порівнянні з табличним методом обстеження пасажиропотоків. Отримані експериментальні дані, щодо закономірностей формування попиту населення на пасажирські перевезення, дозволили зменшити похибку до мінімально можливої (3-5%), що знаходиться у межах природного коливання попиту на перевезення.

7. Створений комплекс алгоритмів і програм, які знайшли відображення в програмному комплексі АРМ ІПМПП, забезпечив скорочення трудомісткості вирішення задач вивчення попиту на перевезення та маршрутизації перевезень в 1,5-2 рази.

8. Впровадження розроблених методів побудови транспортних пасажир-ських систем міст проведено на прикладі м. Київ з економічною ефективністю понад 200 тис. грн., з економією 50,3 тис. літрів пального. Підготовлено пакет документів щодо розробки проектів нормативно-правових актів «Правил надання послуг пасажирського автомобільного транспорту» та «Порядку і умов організації перевезень пасажирів та багажу автомобільним транспортом».

Список опублікованих автором праць

Статті в наукових фахових виданнях:

1. Шпильовий І.Ф. Основні напрямки вдосконалення пасажирських перевезень / П.Р. Левковець, М.М. Дмитрієв, І.Ф. Шпильовий // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів. - К., НТУ, 2002. - вип. 15. - С. 251-255.

2. Шпильовий І.Ф. Основні завдання вдосконалення роботи міського транспорту / І.Ф. Шпильовий // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів. - К., НТУ, 2003. - вип. 16. - С. 304-307.

3. Шпильовий І.Ф. Логістичне управління перевезеннями пасажирів / П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий, Н.П. Левковець // Вісник північного наукового центру Транспортної академії України. Вип. 8, травень 2005. - С. 62-64.

4. Шпильовий І.Ф. Вдосконалення управління перевезеннями пасажирів / І.Ф. Шпильовий // Управління проектами, системний аналіз і логістика. - К., НТУ, 2006. - вип. №3. - С. 169-172.

5. Шпильовий І.Ф. Упорядкування транспортних потоків у місті Києві / І.Ф. Шпильовий, О.Г. Козаченко // Вісник національного транспортного університету. Випуск 15 - К.: НТУ. - 2007. - С. 97-106.

6. Шпильовий І.Ф. Дослідження виробничо-господарської діяльності транспортного комплексу м. Києва / П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий, Ю.С. Грисюк // Вісник національного транспортного університету. Випуск 17 - К.: НТУ. - 2008. - С. 273-277.

7. Шпильовий І.Ф. Дослідження фактичного стану ринку пасажирських перевезень у м. Києві / П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий, Н.М. Дмитрієва, Ю.С. Грисюк // Управління проектами, системний аналіз і логістика. - К.: НТУ, 2009. - вип. №6. - С. 174-177.

8. Шпильовий І.Ф. Методичні основи управління системами міських пасажирських перевезень / І.Ф. Шпильовий // Східно-Європейський журнал передових технологій. 3/6 (45), 2010. - С. 33-39.

9. Шпильовий І.Ф. Концепція проектування систем міських пасажирських перевезень / І.Ф. Шпильовий // Східно-Європейський журнал передових технологій. 4/4 (46), 2010. - С. 27-31.

Тези доповідей на наукових конференціях:

10. Шпильовий І.Ф. Підвищення якості та культури обслуговування пасажирів на автобусних маршрутах м. Київ: методологія та алгоритм комплексного обстеження пасажиропотоків / В.С. Марунич, І.М. Вакарчук, І.Ф. Шпильовий // 61 наук. конф. проф.-виклад. складу, асп., студ. та структурних підрозд. ун-ту. -К.: НТУ, 2005. - С. 163-164.

11. Шпильовий І.Ф. Транспортна система України напередодні вступу в СОТ / П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий, В.С. Марунич, І.М. Вакарчук // 62 наук. конф. проф.-виклад. складу, асп., студ. та структурних підрозд. ун-ту. -К.: НТУ, 2006. - С. 150.

12. Шпильовий І.Ф. Програма удосконалення пасажирського транспорту: від концепції до дії / М.Ф. Дмитриченко, М.М. Дмитрієв, П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий, В.С. Марунич, І.М. Вакарчук // 63 наук. конф. проф.-виклад. складу, асп., студ. та структурних підрозд. ун-ту. -К.: НТУ, 2007. - С. 175.

13. Шпильовий І.Ф. Щодо розробки методів і моделей оцінки пасажиропотоків на міських маршрутах / В.С. Марунич, І.М. Вакарчук, І.Ф. Шпильовий // 66 наук. конф. проф.-виклад. складу, асп., студ. та структурних підрозд. ун-ту. -К.: НТУ, 2010. - С. 208.

Монографії, підручники та навчальні посібники:

14. Шпильовий І.Ф. Системні аспекти логістики в проектах пасажирських перевезень / П.Р. Левковець, І.Ф. Шпильовий // Монографія. - К.: НТУ, 2007.-152с.

Анотація

Шпильовий І.Ф. Методичні основи управління системами міських пасажирських перевезень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.01. - транспортні системи - Національний транспортний університет, 2010.

Дисертація присвячена розробці методів, моделей та алгоритмів управ-ління системами міського пасажирського транспорту. Розроблена системна модель раціонального функціонально-цільового управління міськими пасажирськими перевезеннями. Сформульований алгоритм моделювання процесу вибору пасажиром маршруту слідування у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксі, що є більш реалістичним з поведінкової та операційної точок зору.

Запропоновано комплексний метод визначення попиту населення на пасажирські перевезення, який передбачає: прогнозування пасажиропотоків і кореспонденцій з урахуванням трьохланкової класифікації факторів визначення рухомості населення; моделювання процесу вибору оптимального маршруту слідування пасажиром до місця призначення; автоматизований збір та обробку вихідної інформації, щодо обстеження пасажиропотоків.

Розроблено методику маршрутизації перевезень з використанням комплексного критерію, який враховує витрати часу пасажирів і різницю у вартості проїзду у режимах руху звичайному, експресному та маршрутного таксомотору. На основі розробленого автоматизованого робочого місця інженера-проектувальника міських пасажирських перевезень проведено дослідження запропонованих моделей, методів і алгоритмів управління міськими пасажирськими системами щодо достовірності вхідної інформації обстеження пасажиропотоків та оцінено ефективність застосування автоматизованого методу обстеження пасажиропотоків у порівнянні з табличним методом. Отримані експериментальні дані щодо закономірностей формування попиту населення на пасажирські перевезення дозволили зменшити похибку до мінімально можливої (3-5%), що знаходиться у межах природного коливання попиту на перевезення.

Створено комплекс алгоритмів і програм, які знайшли відображення в програмному комплексі автоматизованого робочого місця інженера-проектувальника міських пасажирських перевезень, забезпечив скорочення трудомісткості вирішення задач вивчення попиту на перевезення та маршрутизації перевезень у 1,5-2 рази. Впровадження розроблених методів побудови транспортних пасажирських систем міст проведено на прикладі м. Київ з економічною ефективністю понад 200 тис. грн., з економією 50,3 тис. літрів пального.

Ключові слова: управління системами міських пасажирських перевезень, міські пасажирські перевезення, пасажиропотік, пасажирська кореспонденція, транспортна мережа, матриця кореспонденцій, граф транспортної мережі.

Аннотация

Шпилевой И.Ф. Методические основы управления системами городских пассажирских перевозок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01. - Транспортные системы - Национальный транспортный университет, 2010.

Диссертация посвящена разработке методов, моделей и алгоритмов управления системами городского пассажирского транспорта. Анализ становле-ния и развития методологии управления транспортными процессами и системами городских пассажирских перевозок позволил определить проблемы и научно-технические задачи управления городскими пассажирскими перевозками в условиях рыночной экономики. Дальнейшее развитие методов и моделей изучения спроса на городские пассажирские перевозки характеризуется разработкой и внедрением эффективного автоматизированного инструментария сбора и хранения входной информации о спросе на перевозки, ее обновления и прогнозирования. Отечественными же методиками изучения спроса населения на перевозки не предвидится применение автоматизированного метода исследования пассажиропотоков на маршрутах. С учетом перспектив дальнейшей информатизации и компьютеризации было предложено изменение принятия проектных решений к построению городских пассажирских систем, что предопределило переоценку сфер организации и управления общественным транспортом.

Разработана системная модель рационального функционально-целевого управления городскими пассажирскими перевозками. Данная модель позволяет распределить функции и задачи между различными подсистемами управления системами городских пассажирских перевозок, то есть применить функционально-целевой принцип. Предложенная модель функционально-целевого управления городскими пассажирскими перевозками позволяет усовершенствовать принципиальную схему информационного управления и конкретизировать ее основные элементы, субъектов и объектов управления. В работе на основании системного подхода разработана комплексная система математических моделей, которая позволяет более адекватно отобразить процессы функционирования систем городских пассажирских перевозок чем отдельные модели. Предложенная комплексная система отличается гибкостью и высокою адаптивностью к изменениям, которые происходят на региональных ринках пассажирских услуг.

В роботе показано, что традиционный подход к управлению работой транспорта при распределении поездок не отвечает действительности, что подтверждено натурными исследованиями транспортной сети г. Киев и полученными вероятностями закономерностей движения транспортних средств на ней. Этот подход основан на принципе выбора пассажиром маршрута следования посредством частоты движения транспортных средств и средних затрат времени на их ожидание (при этом, как правило, не учитывается разница во времени поездки, а интервалы между прибытием транспортных средств разных маршрутов имеют равномерное распределение). В работе предложенный алгоритм моделирования процесса выбора пассажиром маршрута следования с разными режимами движения, который описывает в совокупности время поездки и интервалы движения при несогласованному интервале движения на разных маршрутах. Данный подход моделирования позволяет оценить динамику изменения множества критериев при проектировании маршрутов с различными режимами движения. В роботе разработана методика маршрутизации перевозок с использованием комплексного критерия, который учитывает затраты времени пассажиров и разницу в стоимости проезда в одном из режимов движения (обыкновенный, экспрессный или маршрутное такси).

Исследования методов изучения спроса населения на пассажирские перевозки указывают на целесообразность разработки и внедрения автоматизированного метода обследования пассажиропотоков и корреспонденций. На основании предложенных в роботе методов і моделей разработано программное обеспечение автоматизированного рабочего места инженера-проектировщика, которое позволяет управлять системами городских пассажирских перевозок в оперативном диалоговом режиме. Разработано программное обеспечение автоматизированного метода обследования пассажиропотоков и методики маршрутизации перевозок с использованием комплексного критерия, который позволяет характеризовать уровень удовлетворения спроса населения на перевозки и рациональность использования материальных, трудовых и финансовых ресурсов.

На основании разработанного программного комплекса автоматизированного рабочего места инженера-проектировщика городских пассажирских перевозок проведено исследование предложенных моделей, методов и алгоритмов управления городскими пассажирскими системами и проведена оценка эффективности применения автоматизированного метода обследования пассажиропотоков по сравнению с существующим табличным методом сбора входной информации.

Полученные экспериментальные данные относительно закономерности формирования спроса населения на пассажирские перевозки позволили уменьшить погрешность до минимального значения в пределах 3-5%, которая находится в пределах естественного колебания спроса на перевозки.

Создан комплекс алгоритмов и программ, которые нашли отражение в программном комплексе автоматизированного рабочего места инженера-проектировщика городских пассажирских перевозок, что обеспечивает сокращение трудоемкости решения задач в 1,5-2 раза по сравнению с существующими методами изучения спроса и маршрутизации перевозок. Внедрение разработанных методов построения транспортных пассажирских систем городов проведено на примере города Киев, с экономической эффективностью свыше 200 тыс. гривен и экономией 50,3 тыс. литров топлива.

Ключевые слова: управление системами городских пассажирских перевозок, городские пассажирские перевозки, пассажиропоток, пассажирская корреспонденция, транспортная сеть, матрица корреспонденций, граф транспортной сети.

Summary

I.F. Shpylyoviy. Methodical management bases of urban passenger transport systems. - Manuskript.

The dissertation for the scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.22.01. - Transportation Systems - National Transport University, 2010.

The dissertation is devoted to working out of methods, models and management algorithms of urban passenger transport systems. The system model of rational functional-target management of urban passenger transport systems was developed. The algorithm of modelling of the passenger route choice in usual, express and a fixed-route taxi movement modes was formulated, that is more realistic from the behavioural and operational points of view.

The offered complex definition method of the population demand on passenger transportations provides: forecasting of volumes of passenger traffic and the correspondence with the account of the three-level factors classification of definition of the population movement; modelling of the passenger choice process of an optimum route to destination; the automated gathering and processing of the proceeding information about volumes of passenger traffic.

The technique of transportation routing with use of complex criterion, which considers passenger time expenses and a fare difference in usual, express and a fixed-route taxi movement modes, is developed. The research of the offered models, methods and algorithms of urban passenger systems management was carried out on the basis of developed automatic workplace of the urban passenger transportation engineer-designer and it concerned reliability of the entering information of studying of passenger traffic volumes. The efficiency of use of an automatic method of research of passenger traffic volumes in comparison with a tabular method was estimated. The received experimental data about law of the population demand formation by passenger transportations allowed to reduce an error to the minimum possible (3-5 %), that is in frameworks of natural demand fluctuation for transportations.

It is created a complex of algorithms and programs, which have found display in a program complex of an automatic workplace of the urban passenger transportation engineer-designer, having provided the labour input reduction of the decision of population demand on passenger transportations problems and routings of transportations in 1,5-2 times. The introduction of the developed methods of the transport passenger systems construction of the cities was spent on a Kyev city example with economic efficiency more than 200 thousand grivnas, with 50,3 liters of fuel economy.

...