Совершенствование системы управления работой городского транспорта на примере маршрутных такси – часть 2

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

При осуществлении перевозок населения маршрутными такси, как и любым другим видом городского пассажирского транспорта, возникают сбойные ситуации. Это может быть и недовыпуск автобусов на линию, и аварийный сход с маршрута транспортных средств, и несоответствие транспортного ресурса находящегося на линии случайно изменившемуся пассажиропотоку (временное прекращения работы смежного вида транспорта или маршрута), и при наличии сбоев в транспортной сети, связанных с невозможностью нормального функционирования маршрута вследствие блокировки возможного пути следования транспортной единицы между двумя и более остановочными пунктами (затор, ремонтные работы) и т. д.

В данных условиях важно принять адекватные оперативные решения, по выведению управляемой системы из сбойной ситуации. При этом центральное место занимает лицо принимающее решение (ЛПР), например, диспетчер маршрута.

Как и всякая модель, информация о ситуации, обладает ограниченной полнотой, точностью и своевременностью сведений и данных. Причин здесь много: от нехватки времени на сбор данных до сознательного искажения информации.

В этой связи сам процесс управления и принятия решений, содержит как объективные, так и субъективные компоненты, строгую формализацию и интуицию, навыки и умения, следует рассматривать как сплав науки, искусства и опыта.

Модель задачи принятия решения с большим числом критериев можно представить в виде следующего кортежа:

, (9)

где t – постановка (тип) задачи принятия решения; X – множество допустимых решений (альтернатив); K – множество критериев; S – множество шкал критериев; f – отображение множества допустимых решений во множестве векторных оценок; P – система предпочтений ЛПР; r – решающее правило.

При наличии сбоев в транспортной сети, связанных с невозможностью нормального функционирования действующего маршрута вследствие блокирования пути перемещения транспортной единицы между двумя и более остановочными пунктами (затор, реконструкция дороги и т. д.) возникает необходимость в формировании нового маршрута.

Задача поиска оптимального пути заключается в нахождении наилучшей (с точки зрения конкретного критерия) последовательности элементов транспортной сети (улиц, перекрестков), через которые должно пройти новый маршрут. При этом надо учитывать все ограничения накладываемые правилами дорожного движения, характеристиками магистрали, интенсивностью движения и т. д.

Разработанная подсистема поиска оптимального пути между точками разрыва действующего маршрута предназначена для решения двух основных задач: помощь водителю в выборе экономичного пути (по конкретному критерию), и обеспечения оптимальных алгоритмов планирования пассажирских перевозок.

Учитывая ситуационный характер возникновения сбоев в маршрутной сети, является очень важным быстрота алгоритма поиска пути. Поэтому главными требованиями к модели поиска оптимального пути будем считать: 1) адекватное представление структуры дорожной сети и её характеристик; 2) возможность обновления данных о структуре дорожной сети, её характеристик; 3) учет суточных, недельных и сезонных колебаний загруженности дорог.

Данные о текущей ситуации можно получать из сообщений водителей, от служб наблюдения, городских АСУДД и систем типа ГЛОНАСС.

В соответствии с выбранной задачей должен быть найден маршрут по следующим критериям: длине пути, времени поездки, длине пути с доставкой пассажиров, времени поездки с доставкой пассажиров. В последних двух случаях под доставкой пассажиров понимаем то, что маршрут должен быть разработан с учетом мест высадки удобной для пассажиров.

Математически задача может быть представлена в виде целевой функции:

, (10)

где – величина пути сформированного объезда, км;

– время на проезд по сформированному маршруту объезда, мин.;

– величина пути сформированного объезда с учетом мест высадки, км;

– время на проезд по сформированному маршруту с учетом желаний пассажиров о месте высадки, мин.;

– факторы, определяющие движение транспортного средства в реальном масштабе времени. Количество факторов N в общем случае для каждого критерия может быть различным: С, M, K, H.

Данная задача представляет собой задачу многокритериальной векторной оптимизации решение, которой представляет собой сложную задачу.

Для решения задачи сведем её к задаче одного критерия с весовыми коэффициентами:

(11)

где – представляют собой весовые коэффициенты, которые определяют уровень значимости каждого критерия, а принимает значение 0 или 1, если новый маршрут не проходит через ребро ij и проходит соответственно. Весовые коэффициенты определяются методом экспертных оценок или ЛПР (диспетчером), исходя из сложившийся ситуации.

Задача формирования нового маршрута – поиска объездного кратчайшего пути от начальной до конечной точки блокируемого участка движения (с высадкой пассажиров в указанных местах) формализуется следующим образом. Задана сеть (ориентированный взвешенный граф), состоящая из N узлов и нужно найти кратчайший путь из начальной точки в конечную, при условии, что кратчайший путь между этими точками проходит через заданные вершины. Здесь учитываем тот факт, что отождествляется точка выхода пассажира на участке трассы с вершиной К орграфа, а сам участок трассы с инцидентной ему дугой, выходящей из этой вершины.

Таким образом, задача сводится к поиску кратчайшего пути на орграфе между двумя заданными точками – начальной и конечной, при дополнительном ограничении, что этот кратчайший путь должен проходить через заданные вершины.

Рассмотрим ориентированный граф: , в котором – конечное множество вершин, – конечное множество дуг, – весовая функция дуг, интерпретируется как длина участка.

Дополнительно в графе фиксируются две вершины: начальная – , и конечная – . В предположении, что исходный граф связный, требуется определить маршрут минимальной длины из начальной вершины в конечную. Длина любого маршрута в графе равна сумме весов дуг, входящих в этот маршрут.

Вводим булевы переменные , которые интерпретируются следующим образом. Переменная если входит в искомый маршрут минимальной длины, и в противном случае, т. е. если дуга не входит в оптимальный маршрут.

Тогда, целевая функция задачи принимает следующий вид:

(12)

Где множество допустимых альтернатив формируется следующей системой ограничений типа неравенств:

(13)

Ограничение (1) системы неравенств (13) соответствует тому условию, что путь должен начинаться в вершине . Ограничение (2) соответствует тому условию, что путь должен заканчиваться в вершине . Ограничение (3) соответствует тому условию, что путь должен проходить через промежуточные вершины графа, что гарантирует связность минимального пути. Ограничение (4) – дополнительное, и соответствует тому условию, что путь должен проходить еще и через заданные промежуточные вершины графа. При этом переменные принимают только булевы значения. Коэффициенты целевой функции , для которых весовая функция не определена или = 0, полагаем равными , большому положительному числу.

Для моделирования процесса оперативного формирования маршрута по критерию – «Время» рассмотрим задачу нахождения оптимального пути от одной точки маршрута движения маршрутного такси (начало заблокированного участка) до другой (конец блокированного участка). При этом карта города представляет собой граф, на котором улицы это ребра, а перекрестки – вершины графа.

Нахождение оптимального пути представляет собой нахождение такого маршрута движения, на который будет затрачено минимальное время, необходимое для преодоления пути от точки Ci до точки Cj . Вершины графа характеризуются временем их прохождения.

Ребра представляют собой транспортные артерии, которые соединяют две вершины. Каждое ребро характеризуется рядом параметров, которые внесены в базу данных. К этим параметрам относят: длину улиц, рядность, наличие пробок и время их возникновения, качество покрытия, наличие пешеходных переходов и светофоров, ограничение скорости и др.

Результатом является оптимальный маршрут, включающий время, прохождения каждого ребра нового пути, и времени, прохождения соответствующих вершин, т. е. их сумма.

Определение времени движения производится из соотношения протяженности ребра к средней скорости движения. В зависимости от времени суток и других условий к этому времени вносятся поправки (из базы данных):

, (14)

где – время, необходимое на преодоление нового маршрута в отсутствии пробок, светофоров, характеристик магистрали и т. д., мин.;

– расстояние нового объездного маршрута, км;

– максимально допустимая скорость движения на денном участке, км/ч;

z – задержка, связанная с фактором загруженностью магистрали (наличие пешеходных переходов, пробок, светофоров и т. д.);

R – максимальное число задержек;

– численное значение величины задержки Z ребра ij.

Времени прохождения вершин берем из базы данных для конкретного часа дня.

Данная задача решена аналогично задаче нахождения объездного кратчайшего пути с учетом мест высадки пассажиров, только вес ребер вместо расстояний будет определять время его прохождения.

При осуществлении пассажирских перевозок маршрутными такси на конкретно взятом маршруте может возникнуть ситуация, при которой находящиеся на линии автобусы окажутся неспособны, выполнять поставленный перед ними объём работы. Данной ситуации способствует аварийный сход автомобиля с маршрута, случайное изменение пассажиропотока. Это потребует от диспетчерской службы оперативного принятия решений, которых может быть два варианта – при наличии резерва подвижных единиц и в случае его отсутствия.

При наличии резерва задача управления сводиться либо к изменению числа подвижных единиц на маршруте и графиков движения (в случае изменения пассажиропотока), либо к иcпользованию резерва. Данная задача относится к классу задач коррекции работы транспорта по отношению к показателям удовлетворения спроса и уровня рентабельности АТП.

При случайном увеличении пассажиропотока или аварийном сходе автобуса с маршрута при отсутствии резерва появляются новые, специфические задачи управления: а) расчет необходимого количества подвижных единиц на линии; б) определение резерва (анализ загрузки подвижных единиц на других маршрутах с целью их перевода на «аварийные»); в) составление расписаний и графиков движения автобусов на «аварийном» маршруте.

Одним из вариантов решения данной задачи может быть перераспределение транспортного ресурса между маршрутами. Это может произойти на маршрутах обслуживаемых диспетчерской службой предприятия-перевозчика или в масштабах города. При наличии резерва подвижного состава и возможностью перераспределения транспортного ресурса между маршрутами перед диспетчерской службой стоит проблема выбора. Решение задачи состоит в сравнении экономических показателей при обязательном выполнении объёма перевозок.

Третья глава посвящена разработки модели и алгоритма управления маршрутными такси, работающими по вызову.

Для моделирования перевозки пассажиров маршрутными такси работающих по вызову необходимо установить целесообразный уровень ориентирования условий транспортного процесса (планировка города и т. д.), пунктами посадки и высадки пассажиров, поскольку решение задачи на массиве дезориентированной информации практически невозможно.

Допустим, что требуется минимизировать целевую функцию

(15)

при ограничениях

, , , , (16)

где cij – стоимость перевозки пассажира от i-ro пункта посадки (ПП) в j-й пункт высадки (ПВ), руб/пас.; xij – объем перевозки от i-ro к j-му пункту, пас.; n – число ПП; ai – число пассажиров на i-м ПП, пас.; m – число ПВ; bj – объем выходящих нa j-м ПВ, пас.

В качестве коэффициентов cij следует принимать значения тарифов на перевозку пассажиров для маршрутных такси по вызову (зонный или покилометровый). В случае, если перевозка пассажира между i-м ПП и j-м ПВ нежелательна, cij принимают равными некоторому большому числу М, запрещающему пере­возку.

Транспортную задачу по перевозке пассажиров маршрутными такси работающих по вызову можно представить в виде двух отдельных последовательно решаемых самостоятельных задач, описы­ваемых соответствующими первичными задачами.

Первая задача описывается следующей экономико-математической моделью:

; (17)

, ; (18)

, ; (19)

;, (20)

где n – количество ПП; m – количество ПВ; Sij – расстояние (себестои­мость) от i-ro ПП до j-ro ПВ, км; хij – количество пассажиров, перевозимых из i-ro ПП на j-й ПВ, пас.; Аi – количество пассажиров на i-м ПП, пас.; Вj – количество выходящих на j-м ПВ, пас.

Целевая функция (17) показывает стремление предприятия составить такие маршруты перевозки пассажиров, которые позволяют получить минимум пассажирооборота. Ограничение (18) показывает необходимость посадки всех пассажиров на i-м ПП. Ограничение (19) свидетельствует о необходимости высадки на j-м ПВ. Ограничение (20) – это условия неотрицательности поиска решения задачи.

В результате решения задачи любым из методов линейного програм­мирования получаем вариант прикрепления ПП к ПВ пассажиров. Обычно не­сколько ПП прикрепляют к одному ПВ или наоборот.

Задачу планирования расписания использования автотранспорта можно представить в виде следующей экономической модели:

; (21)

; (22)

; (23)

; , ; (24)

, (25)

, (26)

(27)

где xij – количество перевозимых пассажиров из i-ro ПП на ПВ j-м видов транспорта, пас.; Sij – расстояние от i-ro ПП до ПВ, км; C – тариф на перевозку руб./км; Vj – пассажировместимость одной машины j-ro типа, пас.; В – общая потребность в перевозках, пас.; Kj – количество машин j-ro типа (т. е. данной пассажировместимости); Tij – время перевозки пассажира от i-ro ПП до j-го ПВ на маршрутном такси по вызову, мин.; Ta – время перевозки пассажира от i-ro ПП до j-го ПВ на автобусе, мин.; Z – затраты по перевозке, руб.

Целевая функция (21) показывает стремление предприятия снизить за­траты. Ограничение (22) – по пассажировместимости. Уравнение (23) показывает необходимость удовлетворе­ния потребностей в перевозках. Ограничение (24) свидетельствует о целочисленности используемого транспорта. Ограниче­ние (25) устанавливает количество перевозимых пассажиров. Ограничение (26) – время доставки пассажира от i-ro ПП до j-го ПВ на маршрутном такси по вызову не должно быть больше, чем на автобусе. Ограничение (27) устанавливает, чтобы затраты по перевозке пассажиров не превышали доходы.

Рассматриваемая задача относится к классу экстремальных задач на сетях и усложнена набором ограничений. Одним из возможных путей ее решения является метод нахождения объездного кратчайшего пути с учетом мест высадки пассажиров, предложенный выше.

Разработаны алгоритмы определения оптимального тарифа для конкретного действующего маршрута движения маршрутного такси и принятия решения по выбору системы налогообложения, позволяющие принимать управленческое решение по назначению оптимального тарифа и выбору системы налогообложения, с учетом индивидуальных особенностей предприятий. В качестве критерия использовалась чистая прибыль.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена использованию информационных технологий и программного обеспечения и проверке его на адекватность.

Для принятия управленческих решений предложены средства управления данными. Для эффективного управления перевозочным процессом маршрутных такси проводится анализ на каждой стадии процесса принятия управленческого решения. С этой целью автотранспортное предприятие создает информационную базу о каждом маршруте движения пассажирского транспорта. В базу данных входят: характеристики магистрали, интенсивность транспортного потока по часам суток, колебания пассажиропотока по часам наряда и участкам маршрута, время и место возникновения заторов и другие параметры.

Создано программное обеспечение в виде отдельных модулей для предлагаемых моделей. Взаимодействие пользователя с системой осуществляется в режиме диалога с использованием интерфейса, разработанного на основе графической оболочки. Программное обеспечение работает под управлением операционной системы Windows.

В качестве примера на рисунке 1 представлено изменение движения по маршруту № 49Б г. Воронежа по критерию «Доставка» с использованием специального ПО, позволяющего получить кратчайший путь между заданными вершинами (перекрестки), при условии, что он проходит через заданные ребра графа (улицы). При этом использованы условные обозначения: 1) сплошной линией нанесен маршрут движения; 2) прерывистой линией – временное изменение маршрута; 3) крестиком помечен блокированный участок маршрута; 4) кружками указаны места выхода пассажиров.


Рисунок 1 – Пример изменения маршрута № 49Б по критерию «Доставка»

С целью проверки адекватности были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых были выявлены технико-эксплуатационные показатели работы маршрутов № 49Б и № 22В г. Воронежа и обследован пассажиропоток. После статистической обработки полученных результатов, проведено моделирование работы маршрутных такси, с использованием специально разработанного ПО, на основании анализа которых были приняты решения, направленные на повышение социально-экономической эффективности перевозок.

Социальный эффект проявился в сокращении времени на ожидание транспорта и числа отказов в обслуживании, в уменьшении воздействия на экологию города (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Изменения эксплуатационных характеристик работы маршрута № 49Б по часам наряда до и после принятых решений.

Экономический эффект был обеспечен приростом прибыли за счет увеличения объёма перевозок и снижения себестоимости перевозок (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Изменения пассажиропотока на маршруте № 49Б по часам наряда до и после принятых решений.

В актах внедрения, приведенных в приложении, отмечено, что на основе предложенных решений создан единый комплекс управления АТП, занимающимися перевозками населения маршрутными такси. Внедрение решений позволило увеличить эффективность работы транспортных средств на маршруте, снизить время простоя и расход топлива, сократить время перевозки пассажиров. Годовая экономическая и социальная эффективность от внедрения предложенных управленческих решений на конкретном маршруте г. Воронежа составила 778256 и 949517 рублей соответственно. Полученные значения подтверждают адекватность используемых программных средств и правильность принятых управленческих решений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ существующих методов организации и управления городского пассажирского транспорта на примере маршрутного такси, определены основные пути совершенствования управления перевозками.

2. Определены основные задачи управления работой маршрутных такси, решение которых оказывает влияние на повышение качества обслуживания пассажиров.

3. Проведены теоретические исследования, на основе которых получены модели и алгоритмы оперативного управления в ситуациях, возникающих при осуществлении перевозок, позволяющие повысить социально-экономическую эффективность маршрутных такси.

4. Разработаны модели формализованного описания процессов, составляющих содержание городских пассажирских перевозок, осуществляемых маршрутными такси, базирующиеся на аппарате теории массового обслуживания, теории графов и математической статистики, позволяют принимать управленческие решения на основе компьютерной поддержки.

5. Предложены модели и алгоритмы принятия решений по оперативному управлению работой маршрутных такси. Решены следующие задачи: определение рационального уровня транспортного ресурса на маршруте по часам наряда; перераспределения ограниченного транспортного ресурса между маршрутами; оперативного формирования маршрута движения маршрутного такси в условиях сбойной ситуации (блокирование участка маршрута).

6. Разработана математическая модель перевозок пассажиров маршрутными такси, работающими по вызову, а также алгоритм управления процессом принятия и обработки заказа для этого вида перевозок.

7. Предложены алгоритмы определения оптимального тарифа на перевозки пассажиров маршрутными такси и принятия решения по выбору системы налогообложения для АТП, осуществляющего перевозку населения этим видом городского транспорта.

8. Предложенные модели и алгоритмы положены в основу разработанного специального программного обеспечения системы управления работой маршрутных такси, в рамках которого интегрированы средства моделирования процессов пассажирских перевозок, позволяющие быстро принять адекватное управленческое решение.

9. Результаты работы реализованы в виде моделей принятия решений, интегрированных в рамках комплекса средств алгоритмического и программного обеспечения системы диспетчерского управления компании ООО «Автолайн».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

в изданиях, определенных ВАК РФ

1. Митрофанов, С. Г. Управление тарифообразованием на перевозку пассажиров маршрутными такси [Текст] / С. Г. Митрофанов // Вестник Воронежcкого государственного технического университета. – 2007. – Вып. 7. – Том 3.– С. 51 – 54.

2. Митрофанов, С. Г. Выбор системы налогообложения для автотранспортного предприятия [Текст] / С. Г. Митрофанов // Транспорт: наука, техника, управление: науч. информ. сборник / Всерос. ин-т науч. и техн. информ. – Москва, 2007. – Вып. 11. – С. 25 – 28.

Смотрите также

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника