Совершенствование системы управления транспортными потоками

Цель. Изучить подходы к управлению транспортной системой и использование методик управления транспортными потоками.

Процедура и методы. В статье проведён анализ новых методов управления транспортными потоками на основе метода адаптивного регулирования с использованием автоматического мониторинга. При проведении исследования применены общенаучные и ориентированные на решение конкретных проблем методы исследования, в т. ч. наблюдение и обобщение. Результаты. По результатам проведённого анализа автор предлагает применять ситуационное управление транспортной системой, которое адаптируется ко всем изменениям, происходящим в реальный момент времени.

Теоретическая и/или практическая значимость. Cформулированы предложения и направления по созданию действенной системы моделирования и развитию системы организации и контроля за транспортными потоками. Автором обосновывается необходимость оптимизации управления транспортной системой, которая позволит повысить безопасность пассажирских и грузовых перевозок, уменьшить срок доставки товаров, улучшить качество предоставления транспортных услуг.

Ключевые слова: транспортные потоки, управленческие решения, структура транспортной сети, транспортный узел, магистрали.

Abstract

Improving the traffic management system

Mottaeva A.B., Moscow Region State University, Moscow State University of Civil Engineering

Aim. To study approaches to the management of the transport system and the use of methods for managing traffic flows.

Methodology. The article analyzes new methods of traffic flow management based on the adaptive control method using automatic monitoring. The research uses General scientific and problem- oriented research methods, including observations and generalizations.

Results. Based on the results of the analysis, the authors suggest using situational management of the transport system, which is able to adapt to all changes occurring in real time.

Research implications. Suggestions and directions for creating an effective modeling system and developing a system for organizing and controlling traffic flows are formulated. The authors substantiate the need to optimize the management of the transport system, which will improve the safety of passenger and cargo transportation, reduce the delivery time of goods, and improve the quality of transport services.

Keywords, transport flows, management decisions, transport network structure, transport hub, highways

Введение

Долгое время совершенствование возможностей транспортных перевозок осуществлялось через градостроительную модернизацию - строительство тоннелей, мостов, переездов и др. Однако применение такого способа требует значительных финансовых и временных затрат. Решения градостроительного характера радикально не влияют на ситуацию на дорогах, а тем временем степень использования личного транспорта у населения в несколько раз превышает расчётные значения. Изменить эту ситуацию можно благодаря обеспечению рационального устройства движения автотранспортных средств пассажирского и грузового назначения, а это невозможно без применения новых, более совершенных способов управления транспортными потоками [1].

Одним из новых методов управления транспортными потоками считается метод адаптивного регулирования с использованием автоматического мониторинга. Адаптивное управление подразумевает использование методик управления, воздействующих на систему управления и имеющих возможность изменить составляющие или критерии регулирования, которые могут изменяться в зависимости от состояния объекта контроля [9].

Данное исследование обусловлено актуальной проблемой совершенствования систем управления транспортными потоками (УТП). Необходимо разработать современные модели и системы управления транспортными потоками для улучшения безопасности и качества транспортных услуг населению на основе применения метода адаптивного регулирования с использованием автоматического мониторинга. Теоретическая значимость исследования определяет необходимость создания действенной системы моделирования для стабильного функционирования дорожной сети, а также предполагает развивать концепции принятия управленческих решений по оптимизации контроля за транспортными потоками.

Грамотное построение системы управления транспортной системой позволяет повысить безопасность пассажирских и грузовых перевозок, уменьшить сроки доставки товаров, улучшить качество предоставляемых услуг. При проведении исследования применены общенаучные и ориентированные на решение конкретных проблем методы исследования, в т. числе наблюдение, обобщение.

Современное состояние системы управления транспортными потоками

Зарубежные и отечественные эксперты всё чаще обращаются к вопросу совершенствования управления транспортными потоками через светофорную сеть, действующую в условиях повышенной нагрузки, вместо классических подходов. Это связано с тем, что специальная техническая литература указывает на сомнительную эффективность «классического» регулирования в ситуации насыщения и перенасыщения транспортных пересечений (рис. 1).

Рис. 1 Пример перенасыщения городской улицы /Источник: [4].

Регулирование транспортной сети с помощью светофоров направлено на минимизацию ситуаций затора. Транспортный затор - это состояние, при котором увеличивается длительность цикла передвижения. Транспортный затор связан не только с прямыми издержками, но и с вторичными, которые означают увеличение длины транспортных очередей и могут повлиять на все соседние пересечения и привести к глобальному сетевому затору [3].

Оптимизация значений длительности фаз при условии минимизации транспортных издержек и суммарных длин очередей на перекрёстках может быть получена путём встроенных в программу Excel настроек (с использованием «поиска решения»).

Кроме программных средств Excel успешно используются такие автоматизированные системы, как «Светофор», «Перекресток», «Synchro», «Trafficware».

Обращаясь к технической литературе, можно сказать, что суть оптимизации работы светофорных объектов складывается из совокупности задач комбинаторики, которые предполагают перебор возможных значений. Для модернизации технических задач используют систему алгоритмов генетической оптимизации (ГА), которая подразумевает интерактивность поиска оптимального значения целевой функции с выбранными критериями остановки, например, максимально возможное количество итераций [3]. Сравнительная характеристика генетических и классических алгоритмов оптимизации представлена в табл. 1.

Таблица 1. Сравнение классического и генетического алгоритмов оптимизации[4].

Степень сходимости генетического алгоритма тем выше, чем ниже уровень поколения и наоборот. Это обуславливает преимущества генетических алгоритмов перед классическими методами, поэтому их применение при решении задач оптимизации транспортных потоков и светофорных объектов позволит добиться качественно нового уровня управления транспортной сетью.

Основным методом усовершенствования систем адаптивного управления является анализ практического применения сформированных систем, которые осуществляют свою деятельность, несмотря на возможность возникновения кризисных ситуаций.

На основании критериев использования автотранспортной системы можно выявить параметры её качества. Ими могут быть: соблюдение режима передвижения пассажирским общественным транспортом (включая временные характеристики); необходимое количество топлива для движения по сети; количество пассажиров на остановках и др. [8].

Для определения вышеназванных критериев используют системы мониторинга транспортных систем типа GPS / ГЛОНАСС (рис. 2).

Рис. 2 Принципы работы системы мониторинга транспортных систем типа GPS / ГЛОНАСС

Источник: Схема работы системы мониторинга транспорта // Балтавтоматика

В процессе работы GPS / ГЛОНАСС управляющая система получает сигнал от системы контроля. В то же время автоматизированная система помощи по принятию решений оценивает параметры качества обслуживания клиентов транспортной сети, сравнивает значения сети с нормативными и предлагает решение в зависимости от дорожной ситуации на текущий момент времени [6].

Применение методов управления транспортными сетями на основе собираемых данных благоприятно воздействует на состояние прибыли компаний, занимающихся транспортными перевозками.

К таким данным относят [9]:

- учёт дорожно-транспортных происшествий;

- слежение за перемещением участников дорожного движения;

- правильное размещение стояночных мест;

- выявление участков дорог с высокой потенциальной опасностью возникновения ДТП и их модернизацию;

- планирование и оценку маршрутов;

- оценку качества и количества пассажирских перевозок;

- формирование графика движения транспорта.

Системный подход означает концентрацию внимания на построении целого, а все оставшиеся компоненты сети рассматриваются во взаимосвязи без уточнения их сущности.

Любая транспортная организация состоит из множества звеньев, которые выполняют широкий спектр функций и одновременно дополняют друг друга. На слаженность работы звеньев транспортной сети оказывает большое влияние управление. Целью работы сети становится создание условий для стабильной слаженной работы государства, регионов, социальных групп и индивидуумов. В настоящее время система управления претерпевает изменения в части звеньев и в самой себе в целом. Звенья перестают принимать статус «нижних» и «верхних» и начинают использовать горизонтальную структуру взаимодействия [9].

Опыт функционирования системы управления многих предприятий и организаций позволяет утверждать, что необходимо создать систему оптимального распределения функций управления в структурных подразделениях, а также контроля и координации.

Отсутствие такой системы повышает риск возникновения критических ситуаций, которые влияют на бесперебойное движение транспорта по маршрутам, что влечёт за собой сокращение спроса на транспортные перевозки. Реализация логистического подхода позволит модифицировать систему управления человеческими, информационными и транспортными потоками. Использование этого метода позволяет скоординировать все звенья логистической сети, однако необходимо проводить её систематический анализ путём применения компьютерных технологий с целью выявления слабых зон и звеньев [5].

Наиболее используемый метод управления транспортной сетью - диспетчерская система управления. Она создаётся в составе управлений или отделов по транспорту в администрациях и муниципалитетах, для соблюдения принципов централизованного управления. В этом случае муниципалитет выступает как рычаг воздействия на муниципальный транспорт, регулярно выплачивая дотации из местного бюджета для поддержки социально значимых транспортных структур и льготного обслуживания некоторых социальных групп населения. Коммерческие подразделения транспорта также находятся под надзором муниципальных структур, так как те определяют выдачу лицензий на транспортные перевозки. Для того чтобы поддержать равные конкурентные возможности всех коммерческих транспортных организаций, формируют более высокую тарифную сетку и вводят ограничения на льготные перевозки.

Работа единого диспетчерского органа управления предполагает деятельность по выявлению «сильных» и «слабых» сторон транспортной системы и по оценке её эффективности [9].

Важная задача управленческой диспетчерской системы это сбор и обработка первичных данных. Основная часть информации состоит из данных об отдельных транспортных единицах сети, территориальном расположении автотранспортных средств, о регулярности движения на выбранных участках дороги.

Благодаря диспетчерам проводится комплексный анализ соответствия запланированных, нормативных данных и реальной ситуации на дорогах. Диспетчеры выполняют также сбор и обработку поступающих жалоб от участников дорожного движения, следят за работой подвижных средств контроля и т. д.

Одной из наиболее значимых целей работы диспетчерского персонала являются разработка и принятие решений по повышению качества облуживания пассажиров. Улучшить показатели помогают систематический анализ фактических и плановых результатов работы, учёт числа водителей, контроль и анализ работы транспортных служб [2].

Анализ помогает оценить полноту и своевременность обслуживания пассажиров, обнаружить причины снижения плановых показателей работы, оценить эффективность внедрения мероприятий по контролю безопасности движения (рис. 3).

Рис. 3 Пример схемы управления пассажирским транспортом: [2].

Специализированная программа по управлению транспортом проводит комплексный сбор и обработку данных, предлагает возможные действия по изменению маршрута на основе оперативного анализа данных, что положительно сказывается на качестве пассажирских перевозок [2].

Но у данной схемы управления есть и недостатки. Отсутствует функционал:

- регулирования маршрутов движения общественного транспорта в зависимости от сложившейся обстановки на дорогах в настоящий момент времени;

- выявления количества автобусов, необходимых для эффективного использования выбранного маршрута;

- определения точной нагрузки на автотранспортную сеть;

- точного прогноза правильности действий водителей автобусов при поступающих им распоряжениях.

Как видно из анализа, существующая диспетчерская система управления транспортными потоками (УТП) имеет ряд как положительных, так и отрицательных сторон, которые неоспоримо влияют на её функционал. Поэтому необходимо разработать ряд инновационных подходов в части адаптивного управления транспортными перевозками.

Направления совершенствования системы УТП

Для устранения вышеперечисленных недостатков необходимо провести ряд мероприятий:

1) собирать данные о количестве пассажиров в выбранном потоке для обеспечения своевременного контроля;

2) проверять точность выполнения водителем инструкции «посадки-высадки» пассажиров.

Стоит обратить внимание на высокие темпы развития транспортной системы Российской Федерации, что означает важность определения нюансов управления транспортными потоками (ТП) [7].

Объекты управления многообразны. Ими могут быть как частный, грузовой, так и общественный транспорт. Для эффективного управления необходимо учитывать множество факторов, влияющих на дорожную систему. К ним можно отнести климатическую систему, взаимодействие между административными службами и органами власти территории, качество дорожного покрытия и т. д. Кроме того, в систему управления включают не только транспортные единицы, но и средства управления - светофоры, опознавательные знаки и др.

Для стабильности дорожной сети нужно не только создать действенную систему моделирования, но и развивать концепции принятия управленческих решений по организации и контролю за транспортными потоками. При принятии таких решений важно концентрировать внимание на поиске новых подходов управления, которые сочетали бы в себе инновации в информационной сфере и высокое качество управления [9; 10]. Одним из таких подходов может быть, например, ситуационное управление, которое адаптируется ко всем изменениям, происходящим в реальный момент времени.

Грамотное построение системы управления транспортной системой позволяет повысить такие показатели, как безопасность пассажирских и грузовых перевозок, сокращение сроков доставки товаров, улучшение качества предоставления транспортных услуг и т. д. Именно влияние на такой широкий спектр показателей обуславливает актуальность изучения подходов к управлению транспортной системой.

Изменения состояния транспортных потоков влияют на транспортную систему в целом, и поэтому можно считать, что система УТП - это также система управления транспортной сетью.

Транспортная система имеет свою структуру и параметры (рис. 4).

Совокупность транспортных узлов и магистралей составляют структуру транспортной системы.

Элементы транспортной сети подразделяют на простые и сложные. В простых элементах изменения внутри системы не влияют на характеристики транспортных потоков. В сложных элементах подграф и граф транспортной сети соединены между собой. Например, сложным элементом будет считаться путь, который можно провести от любых рёбер или вершин графа. Этот маршрут также будет являться отдельной транспортной сетью внутри генеральной сети [4].

При моделировании каждой магистрали и транспортного узла необходимо применять совокупность характеристик, определяемую в соответствии с выбранной задачей управления.

Управление транспортными потоками, прежде всего, подразумевает изменение их характеристик. Например, изменение скоростного режима, интенсивности движения, количества светофоров и др. Для изменения характеристик сети используют известные механизмы и средства управления [4].

Рис. 4. Пример структуры транспортной сети: [10].

Заключение