Оптимизация структуры подвижного состава городского пассажирского транспорта

На основе полученных закономерностей предполагается создать имитационную модель формирования количества легковых автомобилей на УДС города.

В итоге, можно отметить, что решение вопроса моделирования легковых автомобилей могло бы помочь в осуществлении многих прогностических и опе-

ративных задач в автотранспортном комплексе, особенно, если модель количества легковых автомобилей будет строиться на основе системного подхода, с учетом многочисленных факторов социального, экономического, научно-технического и политического характера.

Библиографический список

1. Отчёт по муниципальному контракту на проведение исследований транспортных потоков и разработку рекомендаций к проекту перспективной транспортной схемы г. Тюмени. Б.П. Елькин [и др]. Тюмень: ТюмГАСА. 2003. 137 с.

2. Упрощенная методика прогнозирования численности парка автотранспортных средств / Ю.В.Трофименко [и др.] // Совершенствование автомобильных и тракторных двигателей: сб. науч. тр. / Московский автомобильно-дорожный институт. М.,1992. С. 27-32.

3. Comment roulerous-nous dans les villes de-main? /Jaraniee V [text] // Environ, mag. - 1993. - № 1517. - S. 24 -35.

4. Heidemann C. Social science methods in forecasting [text] // TRRL Suppl. Rept. 1982. № 689. P. 1 - 28.

5. Perspektiven und Bilanz einer kunftigen Mobilitat /Zeiling Ralf E. [text] // Strasse und Verkehr. 1988. № 9. S. 579 - 580.

УДК 656.13

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА

И.Т.Ковриков1, И.И.Любимов2, Н.З.Султанов3, А.П.Фот4

Оренбургский государственный университет, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, д. 13.

Рассмотрена проблема эффективного использования автомобилей в процессе городских перевозок. Найдены пути рационального использования подвижного состава городского пассажирского транспорта. Предлагаемый метод оптимизации структуры городского пассажирского транспорта основан на принципах системного анализа. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: оптимизация; структура; городской пассажирский транспорт.

OPTIMIZATION OF THE STRUCTURE OF URBAN PASSENGER TRANSPORT ROLLING STOCK I.T.Kovrikov, I.I.Lyubimov, N.Z.Sultanov, A.P.Fot

Orenburg State University, 13 Pobeda Av., Orenburg, 460018.

The authors consider the problem of the efficient use of automobiles in the process of urban transportations. They have found the ways of rational use of the rolling stock of urban passenger transport. The proposed method to optimize the structure of the urban passenger transport is based on the principles of system analysis. 3 figures. 1 table. 3 sources.

Key words: optimization; structure; urban passenger transport.

Программно-целевое планирование - это один из видов планирования, в основе которого лежит ориентация деятельности на достижение поставленных целей.

Проблема совершенствования эффективности функционирования сложных технических систем, в том числе городского пассажирского транспорта (ГПТ),

в настоящее время становится достаточно острой. Причиной является то, что внешние по отношению к ГПТ условия становятся более неустойчивыми и быстро изменяющимися, а требования, предъявляемые к качеству функционирования систем, растут [1]. Перспективными в этих случаях являются программно-целевые методы.

1 Ковриков Иван Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, тел./факс: (3532) 763956, e-mail: mahpp@mail.osu.ru Kovrikov Ivan Timofeyevich, a doctor of technical sciences, a professor, tel / fax: (3532) 763956, e-mail: mahpp@mail.osu.ru

2Любимов Игорь Ильич, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобилей и безопасности движения, тел./факс: (3532) 277770, e-mail: LyubimovII@gmail.com

Lyubimov Igor Ilich, a candidate of technical sciences, an associate professor of the Chair of Automobiles and Traffic Safety, tel. / fax: (3532) 277770, e-mail: LyubimovII@gmail.com

Султанов Наиль Закиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой систем автоматизации производства, тел./факс: (3532) 340512, e-mail: Sultanov@mail.osu.ru

Sultanov Nail Zakievich, a doctor of technical sciences, a professor of the Chair of Systems of Production Automation, the head of the Chair, tel. / fax: (3532) 340512, e-mail: Sultanov@mail.osu.ru

4Фот Андрей Петрович, доктор технических наук, профессор, главный учёный секретарь, тел./факс: (3532) 375989, e-mail: fot@mail.osu.ru

Fot Andrei Petrovich, a doctor of technical sciences, a professor, the chief scientific secretary, tel. / fax: (3532) 375989, e-mail: fot@mail.osu.ru

Для формулировки исходных предпосылок совершенствования функционирования системы городского пассажирского транспорта использованы разные методы, в том числе и положения, изложенные в [3].

Необходимым и неотъемлемым этапом в повышении эффективности функционирования городского пассажирского транспорта является разработка теоретической методики выбора рациональной структуры подвижного состава городского пассажирского транспорта. Формирование математической модели эффективности ГПТ базируется на принципах системного анализа. При этом систему городской пассажирский транспорт можно представить в виде схемы, представленной на рис. 1.

L] L-j Lq

Nr

:

Городской пассажирский транспорт

ы„

-*Р1

f„

А! Л2 А£

А

Рис. 1. Схема взаимосвязи показателей эффективности ГПТ со структурой подвижного состава

Совокупность целевых функций, образующих вектор полезного эффекта, можно представить в виде

¥ = {Л, /2,..., /п}, где Ъ - стоимость транспортной операции /-й группы транспортных средств, /=1...п.

Вектор варьируемых параметров системы составляют транспортные средства:

nатс = {Ыьn2,...,ып} ,

где Ы - количество транспортных средств /-й группы.

Вектор внешних возмущений характеризует транспортную работу, выполняемую АТС ГПТ:

АЬ = {АЬь А^,..., А^п }, где АЬ,. - изменение транспортной работы /-й группы транспортных средств.

Вектор фиксированных внутренних параметров составляют затраты на содержание ПС:

а = {аь а 2,..., ап}, где а1 - затраты на содержание /-й группы транспортных средств.

Показателем, характеризующим эффективность функционирования ГПТ, является стоимость единицы транспортной операции, которую можно представить в виде

F =

Зобщ = З^ + З2 + ... + 3n

L

общ

L

где Зобщ - общепарковые затраты; Iобщ - транспортная работа, выполняемая ГПТ; З/ - затраты на эксплуатацию I -й группы транспортных средств.

Доля затрат /-й группы подвижного состава в общих затратах

/1 = Т^.

^общ

Затраты на эксплуатацию /-й группы подвижного состава

З = Ыас  к,  спр  Фр + ЫАЩ- к,  С^Х

XL + natc, • К • С1ткм_ . q . L +

+МАЩ . 0,0 1Hs • Lx . (1 + 0,01£>) + ЗМ + ЗМ +

+NAC • 0,01. (Hs • Li + Hw • Q . L) X

X(1 + 0,01D) + NAC • nm .Hpm .L + Li) +

АТС, ш1 расхш1

+ЫАЩ • (Ь, + Ь. ) + Иа  ыатс, х

х5, = ЫАТС,  а >

где ЫАТа - количество автомобилей /-й группы; а/ -фиксированный внутренний параметр /-й группы; к, -коэффициент отношения водителей на один автомобиль; С1пр - часовая тарифная ставка водителя при

простое /-го автомобиля; Фпр - годовой фонд времени простоя автомобиля; С^ - стоимость одного километра при холостом пробеге /-го автомобиля; Ь-холостой пробег /-го автомобиля; - пассажировме-стимость /-го автомобиля; Ьг - гружёный пробег /-го автомобиля; 5,. - стоимость /-го автомобиля; С^ -

часовая тарифная ставка водителя при перевозке пассажиров /-го автомобиля; Н. - базовая норма

расхода топлива /-го автомобиля; О - надбавка к расходу топлива, учитывающая условия эксплуатации; Н^ - расход топлива /-го автомобиля при выполнении транспортной работы; Псм - норма расхода смазочных материалов /-го автомобиля; пш - количество шин /-го автомобиля; Нрасхш - норма расхода шин /-го автомобиля; На - норма амортизации /-го автомобиля.

С учётом выражений (1)-(3) целевая функция оптимизации структуры подвижного состава ГПТ будет иметь вид

Ё natc,

F =-2=!-

mm

Ё L

общ

( Natc. - 0; a2 = const; ЁL2 ^ max; 2 = 1...n ), 2 2=1 где Ц- транспортная работа, выполняемая /-й группой подвижного состава.

Важным этапом решения задачи исследования

2=1

является оптимизация целевой функции. Прямое решение этой задачи в связи со сложностью объекта исследования затруднительно, поэтому произведён анализ существующих подходов к решению задач оптимизации.

Так как в настоящее время показатели эффективности работы ГПТ, как правило, не оптимальны, целесообразно использовать метод оптимизации по чувствительности. Реализация этого метода предполагает определение функции чувствительности ГПТ и процедуру оптимизации.

Рассмотрим полученное выражение (4) оптимизации структуры парка городского пассажирского транспорта. Для этого произведём разложение целевой функции (4) в ряд Тейлора в окрестностях некоторой «базовой» точки Ро, представляющей собой базовую стоимость единицы транспортной операции:

Р = {/\о=/'о'---' ;

р = Р + А/1 +А1 + ••• + 1,

где Р0 - базовая стоимость единицы транспортной операции; А/ - изменение доли затрат ¡-й группы подвижного состава в общих затратах.

Найдя относительное приращение стоимости транспортной операции и разделив его на Р0, получим

АР Р - Ро

Э =

/+ / + + / ро ро ро

После некоторых несложных преобразований выражения (5) получено математическое представление оптимизации по чувствительности:

Э=/А+/+/

1 Ро 1 о ро /по Ро

= а +а2 ф2 + ••• + ап -фп'

где Ъо - базовая доля затрат ¡-й группы подвижного состава в общих затратах; а - коэффициент, учитывающий влияние изменения ¡-го показателя на эффективность; щ - относительное изменение варьируемого параметра.

Функция (6) чувствительности позволяет формировать структуру ПС ГПТ путем определения весомости компонент уравнения регрессии.

В соответствии с основными положениями основ научных исследований необходимо сформировать методику проведения экспериментального исследования, имеющего задачу дополненить полученные теоретические положения и проверить их на адекватность.

Сбор и обработка исходной информации выполнены по стандартной методике обработки статистических данных. В таблице представлена форма сбора исходных данных.

Для формирования модели взаимосвязи эффективности функционирования ГПТ со структурой ПС необходимо подвергнуть исходные данные «сжатию» для сокращения размерности пространства признаков, описывающих городские пассажирские перевозки.

Сжатие сводится к преобразованию исходного пространства X в другое пространство У, в котором можно выбрать подмножество, как правило, ненаблюдаемых (латентных) переменных меньшей размерности 1<Р, не вызывающих существенной потери информации. Для этого в работе использован метод главных компонент, в соответствии с которым матрица наблюдений случайной векторной переменной Х=(Х1...Хр) размерностью (р X п) с вектором средних Мх = (М1,.....,Мр)' и ковариационной матрицей Кх, определяющей структуру зависимости между переменными X, ]=1,...р, преобразуется ортогональной матрицей вида

Ф = ] ••:фр] ] , где ф =[ф ,...фр ], (¡=1,...р) - система р-мерных орто-

нормированных векторов, т.е. для скалярного произведения (*,*) справедливо

\1, при I = ] [о, при / ф ]•

Для оценки значимости коэффициентов регрессии в работе обосновано использование метода Парето-Лоренца (рис. 2). Реализация данного метода предпо-

Ф'Ф])

Рис. 2. Метод Парето-Лоренца

Матрица исходных данных

Факторы Значения факторов

У, У2 Уз У4 У5 Уб У7 Уз У9 У10 У11

Х2

Хп

Примечание: У, - стоимость единицы транспортной операции; У2...У11 - группы транспортных средств; Х,..Хп - период (годы).

лагает ранжирование коэффициентов относительного влияния факторов по их убыванию. При этом выделяются факторная группа А, оказывающая 75 % влияния на итоговый показатель, и группа В, где факторы оказывают 25 % влияния. Метод Парето-Лоренца входит в число стандартов ¡80-9000.

На рис. 3 представлен разработанный алгоритм формирования оптимальной размерности и структуры ГПТ.

В работе также показана связь между градиентными методами оптимизации, методом использования теории чувствительности и методом Парето-Лоренца. Экспериментальные исследования проводились на примере городского пассажирского транспорта Оренбурга в соответствии с разработанным алгоритмом и программой проведения экспериментального исследования.

Городской пассажирский транспорт Оренбурга об-

Рис. 3. Алгоритм оптимизации структуры ПС ГПТ Оренбурга

ладает следующими особенностями:

- разномарочный подвижной состав;

- деятельность, направленная на удовлетворение потребностей города в пассажирских перевозках;

- разнообразие объёмов перевозок.

В связи с вышеизложенным, в качестве параметра оптимизации произведён выбор стоимости единицы транспортной операции - затраты на километр общего пробега.

Для статистической обработки исходных данных подвижной состав ГПТ был разбит на подгруппы, в которые входят автотранспортные средства одного класса. Установление взаимосвязи стоимости единицы транспортной операции со структурой ПС ГПТ города Оренбурга произведено регрессионным способом в первом случае уравнение регрессии первого

порядка на всех компонентах.

Произведённый регрессионный анализ на главных компонентах позволил установить зависимость стоимости транспортной операции от количества и структуры ПС, вносящего наибольший вклад в изменение стоимости единицы транспортной операции.

Формирование рациональной структуры ПС ГПТ Оренбурга произведено методом направленного перебора количества ПС с соблюдением ограничений целевой функции.

Таким образом, результатом исследований является получение математической модели в виде уравнения регрессии с установленными коэффициентами при компонентах, что позволяет проводить оптимизацию крупных и ложных по структуре систем ГПТ с большей размерностью.

1. Любимов И.И., Султанов Н.З., Ныров Г.К. К вопросу повышения эффективности функционирования автотранспортного предприятия с использованием программно целевого планирования и выбора рациональной структуры парка // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 10. Ч.2 . С. 422-428.

2. Петров А.А., Поспелов И.Г. Системный анализ разви-

Библиографический список

вающейся экономики // Изв. АН СССР. Технологическая кибернетика. 1979. № 2. С. 18-27; № 3. С. 28-36; № 4. С.11-23; № 5. С. 13-24.

3. Виттих В.А. Управление открытыми системами на основе интеграции знаний: Автометрия // Методы и средства искусственного интеллекта. 1998. № 3.

УДК 622.7

СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАБОТОЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЛОКОМОТИВОВ ГРУЗОВОГО ДВИЖЕНИЯ

В.В.Макаров1, М.В.Белков2

Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.

Предложены места оптимальной расстановки вспомогательных локомотивов, а также модель системы поддержки принятия решений при управлении работой вспомогательных локомотивов грузового движения серий ВЛ85 и ВЛ80р на полигоне ВСЖД Тайшет - Петровский завод. Для описания модели использованы принципы и методы теории автоматического регулирования. Ил. 8. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений; эксплуатационная работа локомотивов грузового движения; вспомогательный локомотив; расстановка вспомогательных локомотивов; теория автоматического регулирования; устойчивость и качество системы автоматического регулирования.

DECISION SUPPORT SYSTEM UNDER THE BACKUP FREIGHT LOCOMOTIVE OPERATION CONTROL V.V.Makarov, M.V.Belkov

Irkutsk State University of Railway Engineering 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.

The authors proposed the locations for the optimal placement of backup locomotives, as well as the model of a decision support system under the control of the operation of backup freight locomotives of VL85 and VL80p series on the ground of Taishet - Petrovsky plant of the East Siberian Railway. To describe the model the authors used the principles and methods of the theory of automated regulation. 8 figures. 6 sources.

Key words: decision support system; freight locomotive operation; backup locomotive; placement of backup locomotives; theory of automated regulation; stability and quality of the system of automated regulation.

1Макаров Виктор Васильевич, кандидат технических наук, доцент, проректор по учебной работе, тел.: (3952)638306, e-mail: mvv@irgups.ru

Makarov Victor Vasiljevich, a candidate of technical sciences, an associate professor, a pro-rector on educational work, tel.: (3952) 638306, e-mail: mvv@irgups.ru

2Белков Максим Валерьевич, аспирант, тел.: (3952)721679, e-mail: bmv1982@mail.ru Belkov Maxim Valerjevich, a postgraduate student, tel.: (3952) 721679, e-mail: bmv1982@mail.ru