Модель процесу транспортного обслуговування сільського населення у приміському сполученні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

Модель процесу транспортного обслуговування сільського населення у приміському сполученні

УДК 656.002.645:65.012.34

Кристопчук М.Є., старший викладач

Рівне

Анотації

Представлено модель процесу транспортного обслуговування населення у приміському сполученні та наведено алгоритм моделювання процесу функціонування маршрутної мережі.

The model of process transport service of the population in the suburban message is presented and the algorithm of modeling process functioning a routing network is resulted.

Одним із методів, що дозволяють проводити оцінку ефективності функціонування транспортної системи приміського пасажирського сполучення (ТС ППС) на етапі проектування маршрутної мережі (ММ) та вдосконалення діючої є моделювання її роботи. Цей процес може бути виконаний за допомогою апарату математичного моделювання. Застосування математичного моделювання для оцінки наслідків впровадження змін у маршрутній мережі ППС становить значний інтерес в силу наступних причин: на даний час розроблений досить повний математичний апарат, що дозволяє здійснювати необхідну модифікацію існуючих моделей, що враховує специфіку конкретної ММ; використання математичних моделей не вимагають значних ресурсів, і дає можливість їх легко реалізувати на практиці з використанням ЕОМ, що дозволяє при необхідності проводити багаторазовий аналіз у процесі проектування та експлуатації мережі; математичні моделі, на відміну від натурного моделювання, вимірювання та статистичного аналізу параметрів реальної ММ ППС (у випадку, якщо ММ уже спроектована і знаходиться в процесі розвитку), дозволяють робити висновки про тенденції розвитку мережі, що є надзвичайно важливим при дослідженні великомасштабних ТС ППС.

Варто відмітити, що попит на транспортні послуги визначається не тільки чисельністю, складом і розподілом населення по території, але і змінами рівня його добробуту, зайнятості, перебудовою системи транспортного обслуговування в сучасних умовах, проявом дії закономірностей зміни індивідуальних можливостей та потреб [1, 2]. Одночасно з цим відбувається перерозподіл у характері переваг, концентрації і виборі напрямків поїздок жителів конкретного регіону, трудові поїздки перерозподілилися з виробничої сфери в посередницьку, проходить зміна положення центрів зародження і погашення поїздок на території регіону. Таким чином, розроблені раніше алгоритми моделювання ММ ППС морально застаріли й не можуть бути повною мірою використані для опису процесу пересування пасажирів у сучасних умовах.

Відомими методами моделювання функціонування маршрутної мережі є методи, запропоновані Горбачовим П.Ф. та Штановим В.Ф. [3, 4]. Але з врахуванням того, що в запропонованих ними методиках формування раціональної маршрутної мережі не враховується ряд параметрів, що у сучасних умовах мають значний вплив на транспортну систему ППС, виникає необхідність розробки нових алгоритмів і визначення закономірностей, спрямованих на прогнозування стану системи перевезення пасажирів у приміському сполученні.

Модель обслуговування громадським транспортом також можна представити послідовними складовими загальних витрат часу в системі "спроб" досягти намічений об'єкт мети [5]. Спрощений варіант моделі за принципом переміщення "від дверей до дверей", або точніше від місця проживання до місця об'єкта мети, прийнятний тільки для міських умов. Модель транспортного обслуговування населення сільських населених пунктів (СНП) доцільніше представляти як повний набір всіх складових витрат часу при переміщенні "від будинку до будинку":

(1)

де Т - загальні витрати часу переміщення;

Т_п і Т_з - складові моделі для прямого переміщення до мети й зворотного переміщення додому відповідно;

ф₁ і ф₂ - додатковий час очікування, пов'язаний з часовою невідповідністю між потребою в переміщенні та його можливістю його здійснення для прямого й зворотного переміщень відповідно.

Вибір в якості нормативу або показника розвиненості транспортної системи тільки витрат часу на пряме переміщення до мети створює деяку ілюзію незалежності зворотної поїздки від функціонування транспортної системи й обслуговуючих установ і спотворює дані про дійсні втрати часу населенням сільських населених пунктів (СНП) на задоволення цілей переміщень. Складові зворотного переміщення аналогічні складовим прямого. Узагальнена модель транспортного обслуговування населення СНП громадським транспортом може бути представлена, як показано на рис. 1. Практично всі параметри моделі диференційовані в просторі й у часі. Тому представити всі параметри моделі важко, особливо через недостатню інформацію про поведінку населення СНП на різних рівнях розвитку системи як громадського транспорту, так і загальної транспортної системи, що включає індивідуальний, службовий і навіть попутний транспорт.

Модель обслуговування можна спростити:

(2)

де - накладні витрати часу на пряме й зворотне переміщення;

- час поїздки на маршрутному транспортному засобі.

Рис. 1. Модель транспортного обслуговування населення СНП громадським транспортом

Підхід (під'їзд) до зупинного пункту є випадковим процесом. Фактичні дані вказують, що населення прагне скорочувати час очікування, розраховуючи свій підхід до зупинки до моменту під'їзду транспортного засобу відповідно до розкладу руху.

Середній час залежить від інтервалу руху (кореляційне співвідношення r = 0,88) [5]: . Співвідношення може бути застосоване в інтервалі I = 3...90 хв. Якщо інтервал руху I > 90 хв, час очікування можна приймати рівним 18 - 20 хв.

Очікування транспортного обслуговування пов'язане з додатковими витратами часу (t_дод ) через відсутність рейсового транспортного засобу, позначеного в маршрутному розкладі конкретного зупинного пункту. Реакція населення на таку відмову спрощено може бути охарактеризована наступним чином: якщо І < 60 хв, час t_дод = t + І. В одиничному випадку при порівняно малих інтервалах руху цими витратами можна знехтувати, якщо І > 60 хв, то населення може відмовитися від наміченої поїздки. При неможливості відкласти поїздку населення шукає можливість продовжити переміщення від зупинного пункту на попутних транспортних засобах.

Третя складова загальних витрат часу на очікування транспортного обслуговування - ф. Вона являє собою похідну від витрат, пов'язану зі ступенем часової невідповідності потреб населення в перевезеннях і наданням таких послуг транспортною системою.

Слід зважити на той факт, що власне тривалість поїздки на громадському транспорті становить малу частку всіх витрат - 30,6 % [5]. Звідси випливає, що навіть маршрути з нормальним функціонуванням не в змозі забезпечити високий рівень транспортного обслуговування населення СНП. Резерви необхідно виявляти в роботі системи обслуговуючих установ, у системі розселення та в інших областях. Однак ці резерви не знижують вимог до вдосконалення системи громадського транспорту, що обслуговує населення СНП.

Модель процесу транспортного обслуговування сільського населення в приміському сполученні, умовно складається з моделі транспортної мережі, моделі потреби в переміщеннях, моделі маршрутної мережі й моделі розподілу пасажиропотоків. Визначальним етапом у процесі моделювання ТС ППС є модель маршрутної мережі. Така модель являє собою траси маршрутів та їхніх провізних можливостей. Ці параметри визначають показники ефективності ТС ППС. На першому етапі необхідно розробити алгоритм формування ММ ППС. Слід зазначити, що алгоритм повинен бути програмно реалізованим і мати можливість подальшого вдосконалення. Схема алгоритму в загальному вигляді може бути представлена послідовністю ряду виконуваних операцій, як вказано на рис. 2.

Модель транспортної мережі представлена у вигляді математичного опису елементів транспортної мережі приміського пасажирського сполучення в регіоні, по яких можливий рух транспортних засобів громадського користування.

Рис. 2. Схема алгоритму моделювання процесу функціонування маршрутної мережі ТС ППС

Модель ММ складається з трас маршрутів та кількості транспортних засобів. При цьому для забезпечення ефективної роботи транспортної системи приміського пасажирського сполучення у цілому необхідно зв'язати параметри геометрії трас маршрутів і пасажиропотоки на цих маршрутах. З цією метою використовується модель перерозподілу пасажиропотоків по маршрутній мережі. На підставі даних про величину пасажиропотоків по кожному маршруту розраховується раціональна кількість транспортних засобів, техніко-економічні й техніко-експлуатаційні показники роботи на маршрутах.

Моделювання функціонування ТС ППС відбувається шляхом зміни трас маршрутів у приміському сполученні та зміною кількості транспортних засобів на них. Зміна цих параметрів дозволяє домогтися очікуваних показників ефективності функціонування ТС приміського пасажирського сполучення. Процес моделювання має ітераційний характер, що дозволяє використати його при розгляді нових альтернативних маршрутних мереж пасажирського сполучення регіону.

Підготовка інформаційної бази для моделювання маршрутної мережі відображена в етапах з першого по четвертий алгоритму, схема якого представлена на рис. 2. Формування блоку визначення показників роботи ТС ППС представлено виконанням етапів із шостого до десятого включно. Виконання п'ятого етапу спільно з дванадцятим утворюють блок формування маршрутної мережі приміського сполучення в регіоні. При цьому, прийняття рішення про включення маршрутів, які входять до транспортної мережі приміського пасажирського сполучення відбувається на основі попередньої оцінки ефективності її функціонування.

Запропонований алгоритм моделювання процесу функціонування ТС ППС дозволяє проводити аналіз та оцінку ефективності її функціонування для різних варіантів розвитку маршрутної мережі.

Підготовка та формування інформаційної бази моделювання передбачає збір вихідних даних про транспортну мережу приміського сполучення, характеристику дорожніх умов та транспортний попит на переміщення пасажирів.

Серед методів математичного опису транспортної мережі набули поширення наступні.

1. Представлення мережі у вигляді сукупності вузлів, що мають свої координати, і так званих „бар'єри”, які являють собою природні або штучні перешкоди (ріки, яри), проходження транспортних зв'язків, між якими неможливо [6]. При такому методі описі мережі можливим є визначення наближеної відстані між вузлами мережі з використанням коефіцієнта непрямолінійності транспортної мережі. Крім відстаней, на мережі можна розраховувати наближений час сполучення між вузлами виходячи з припущення, що швидкість транспортних засобів постійна величина. Недоліком методу є неможливість застосування через відсутність інформації про поведінку об'єкта, тобто пасажиропотоку на окремих ділянках та у вузлах при вирішенні задачі розподілу пасажиропотоків по мережі. На ряду з цим перевагами даного методу є: простота збору та невеликий обсяг вихідної інформації, а точність задовільна для виконання інженерних розрахунків.

2. Опис мережі, що ґрунтується на представленні її у вигляді графа. Вузлами мережі є населені пункти та пункти транспортного тяжіння, ланками - перегони між населеними пунктами транспортної мережі регіону. При цьому в топологічну схему входять тільки ті ділянки доріг, які за технічними умовами дозволяють рух транспортних засобів громадського користування. Цей метод набув широкого поширення при вирішенні багатьох інженерних транспортних задач завдяки високій точності. Вимоги до топологічної схеми [6]:

1. Повинна бути виконана вимога про коректність подання реальних об'єктів точкою на графі транспортної мережі.

2. Рівень деталізації об'єктів, які входять у транспортну систему обмежений можливістю одержання об'єктивної інформації про них.

Виділення виду перевезень, що цікавить нас, відбувається на рівні розробки топологічної схеми шляхом вибору відповідних об'єктів, призначення центрів і меж транспортних районів.

Величина пасажиропотоку по ланках мережі формуються під дією транспортного попиту, найважливішим проявом якого є обсяги відправлення й прибуття в транспортних вузлах мережі. Ємність транспортних районів може бути визначена шляхом проведення натурних спостережень за пасажирообміном зупинних пунктів або з використанням анкетного методу обстеження пасажиропотоків.

На даний час проведення повноцінного анкетного обстеження працездатного населення утруднене й практично не може бути використане для прогнозування ємностей транспортних районів. Для прогнозування ємності районів по відправленню необхідно використовувати статистичні дані про чисельність населення в транспортних районах (населених пунктах) та їх розподіл по території регіону.

Призначення границь і центрів транспортних районів при вирішенні задач пасажирських перевезень в приміському сполученні повинне виконуватися таким чином, щоб всі переміщення усередині транспортного району здійснювалися пішки, всі переміщення між транспортними районами зводилися до переміщень між їхніми центрами.

Після формування на території регіону транспортних районів необхідно визначити шляхом натурних спостережень пасажирообмін кожного транспортного району (населеного пункту). Отримані значення визначають ємності транспортних районів.

Матриця найкоротших відстаней може бути визначена на підставі математичного опису транспортної мережі приміського сполучення. Для розрахунку матриці може бути застосований метод Флойда, що має нескладний алгоритм розрахунку й легко програмно реалізується, а також можливе використання алгоритму Дейкстри [7].

Модель потреб у переміщеннях являє собою матрицю міжрайонних кореспонденцій пасажирів, що в подальшому трансформується в матрицю міжзупинних кореспонденцій на основі трас маршрутів мережі. Одержання цієї матриці доцільно проводити з використанням гравітаційного методу розрахунку кореспонденцій. У цьому випадку в якості вихідних даних виступає ємність транспортних районів регіону та матриця найкоротших відстаней, визначена на основі математичного опису транспортної мережі. Модель потреб у переміщеннях можна розглянути в розрізі моделі ізольованого маршруту [8, 9, 10], в якій розглядається один із двох напрямків руху й використаються дані про кількість відправлень та прибуттів пасажирів на зупинних пунктах (ЗП); міжзупиночну матрицю кореспонденцій X можливо представити трикутною матрицею з нульовою діагоналлю:

,(3)

де - кількість пасажирів, що проїхали між i-им та j-им зупинними пунктами, , .

Сума елементів i-го рядка матриці (3) відповідає кількості пасажирів, що ввійшли на i-му ЗП, а сума елементів j-го стовпця матриці - кількості пасажирів, що вийшли на j-му ЗП, тобто:

; ; . (4)

При цьому та задовольняють умові балансу по відправленнях та прибуттях пасажирів:

.(5)

Для матриці X, що максимізує зважену ентропію та задовольняє умову:

(6)

Розподіл кореспонденцій пасажирів та пасажиропотоки по ділянках маршрутної мережі в такому випадку, визначаються з виразів [9]:

(7)

де .

Таким чином, в результаті виконання всіх зазначених етапів алгоритму, одержуємо сформовану маршрутну мережу ТС ППС, з врахуванням узгодженого розподілу пасажиропотоків по ділянках маршрутної мережі з відповідними їх оптимальними провізними здатностями, що дозволяє мінімізувати транзакційні витрати учасників перевізного процесу та забезпечити ефективне функціонування як існуючої маршрутної мережі, так і проектувати нові маршрути сполучення при визначеній кількості наявних транспортних засобів, за умови їх оптимального розподілу. транспортний пасажирський приміський

Література

1. Михайлов А.С. Управление рынком перемещений городского населения. - Алматы: НИЦ Гылым, 2003. - 237 с.

2. Чумаков В.Б. Моделирование взаимодействия объектов в транспортной системе междугородных пассажирских перевозок // Материалы VII региональной научно-технической конференции „Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону”. Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. - с. 34-36.

3. Организация перевозок пассажиров автомобиль-ным транспортом / В. Ф. Штанов, Г. А. Поберезкин, В. И. Ищенко, А. И. Чумаченко. К.: Тэхника, 1988. - 94 с.

4. Горбачев П.Ф., Дмитриев И.А. Основы теории транспортных систем: Учеб. пособие для вузов направления "Трансп. технологии". - Х.: ХНАДУ, 2002.- 209 с.

5. Юшкявичюс П.В. Транспортное обслуживание сельского населения агропромышленного комплекса. - М.: Транспорт, 1989. - 164 с.

6. Вдовиченко В.А. Метод расчета транспортных корреспонденций // под ред. Доли В.К. Проблемы транспортных систем. Монография. - Харьков: ХГАДТУ, 1999. - с. 51-60.

7. Таха Х.А. Введение в исследование операций (пер. с англ. Минько А.А.) Изд. 7-е. - М.: „Вильямс”, 2005. - 912 с.

8. Вдовиченко В.О. Ефективність функціонування міської пасажирської транспортної системи. Автореф. дис. ...к.т.н. - К.: НТУ, 2004. - 21с.

9. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. - Новосибирск: Наука, 2004. - 267 с.

10. Highway Capacity Manual 2000. - Transportation Research Board, National Research Council. - Washington, D.C., USA, 2000. - 1134 p.

Размещено на Allbest.ru