Моделирование муниципальных пассажироперевозок с целью повышения их качества

УДК 656.121.001.57 - 192

МОДЕЛИРОВАНИЕ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ПАССАЖИРОПЕРЕВОЗОК С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КАЧЕСТВА

© 2009 г. М.С. Турпищева, Е.Р. Нургалиев, ДА. Грачев

Астраханский государственный Astrahan State

технический университет Technical University

Рассмотрены методы моделирования транспортных систем для определения основных показателей с целью обеспечения качества пассажироперевозок. Предлагаемая математическая модель, реализуемая в программе Visual Studio, позволяет реализовать процессы транспортировки. Их анализ на выходе программы дает возможность определить показатели имитируемой системы. Натурные испытания, проведенные авторами в рамках НИР, подтвердили адекватность модели. Дальнейшие исследования позволят расширить объектную базу, уточнить параметры и разработать систему управления транспортными процессами пассажироперевозок.

Ключевые слова: пассажироперевозки; метод моделирования; транспортные системы.

Methods for simulation of transport systems for the identification of key indicators to ensure the quality of passenger traffic. Proposed mathematical model, implemented in Visual Studio, allows the implementation of transportation. Their analysis at the exit of the program makes it possible to determine rates simulated system. Full-scale tests conducted by the authors in the framework of scientific research have confirmed the adequacy of the model. Further research will enhance an object database, specify the parameters and to develop a system for driving the processes of passengers.

Keywords: passenger traffic; method for simulation; transport systems.

Рост интенсивности транспортных потоков на городских магистралях приводит к повышению уровня их загруженности, а в конечном итоге, к заторам в движении. Это вызывает необходимость оптимизации управления транспортными потоками.

В то же время оптимизация невозможна без проведения анализа и оценки ключевых параметров, характеризующих дорожное движение, поскольку наземные виды общественного транспорта вовлечены в общую транспортную сеть. Такими параметрами являются: интенсивность и плотность движения всего транспортного потока, ритмичность движения пассажирского транспорта.

Основным критерием качества пассажирских перевозок может служить надежность, которая оценивается возможностью сохранять заданные маршрутные интервалы [1].

При проведении натурных исследований для определения характеристик дорожного движения (пассажирских перевозок, как более узкая задача) необходимо учитывать широкий диапазон значений параметров в зависимости от сезонных, временных, климатических факторов, состояния дорожного покрытия, социально-экономической ситуации и т.д. Методики подобных мониторингов разработаны и реализованы при обследовании транспортных и пассажирских потоков Центром транспортной логистики Астраханского государственного технического университета [2].

Проведение натурных исследований состояния транспортной сети сопряжено с большими материальными и трудовыми затратами, необходимостью обеспечения безопасности дорожного движения и безопасности работы «счетчиков», недопущением ущемления интересов участников дорожного движения. Альтернативой является моделирование транспортной

сети, т. е. описание движения реального объекта транспортного потока или его единицы аналитическими зависимостями, реализуемыми средствами вычислительной техники, с целью упрощения, удешевления и ускорения изучения свойств объекта путем фиксации и анализа свойств модели.

Проблемы коллективного движения «транспорт -пассажир» рассмотрены в работе [3], однако управление процессом пассажироперевозок требует уточнения моделей для возможности гибко реагировать на изменения внешней среды.

Для разработки модели, описывающей взаимодействие транспортных средств и пассажиров, предлагается использовать программный продукт Microsoft Visual Studio 2008, который на языке программирования Java может быть адаптирован к изучению транспортных потоков.

Исследования проводились для транспортной системы, базирующейся на автобусах малой и средней вместимости.

Объектная схема для построения математической модели представляет собой маршрут пассажирского транспорта или систему маршрутов и остановочных комплексов.

Известны расстояния между остановками La. Скорость автобусов ua между остановками задается в первом приближении как средняя величина согласно состоянию участка дороги. Q - нормативная вместимость автобуса. Для решения задачи вводятся следующие переменные: a - текущий номер остановки посадки, a =1, 2, 3, ... m, m - число остановок; у -текущий номер остановки выхода у > a; о - текущий номер предыдущих остановок о < a; n - текущий номер автобуса, n = 1, 2, 3, ... k, k - число автобусов на маршруте.

Время начала движения каждого последующего автобуса (п+1) из начального пункта

т "+1 -тп +т

1 п — 1 M ' I'M

где т0 - начальный временной интервал между выходами автобусов п и (п + 1) на маршрут.

Задержки автобусов при посадке - высадке пассажиров А зависят от количества выходящих В и садящихся пассажиров. Для автобусов малой вместимости Q величину А можно принять:

Д = свВ + ,

где сВ, с5 - соответственно время на высадку и посадку одного пассажира.

Число пассажиров, подошедших на остановку а к приходу автобуса п

Па" = |Р„dt,

Тп

где Т" - интервал времени между приходами автобусов п и (п - 1) на остановку а,

_п - тп _ T

i^J f

n—1

Т" 1, Т" - время прихода автобусов (п - 1) и п на остановку а; ра - функция интенсивности прихода пассажиров на остановку а, пасс/мин.

Мониторинг состояния пассажиропотоков на исследуемых маршрутах позволяет создать базу интен-сивностей поступления пассажиропотоков для каждой остановки.

Влияние времени суток на величину ра (часы пик, например), корректируется введением поправочных коэффициентов, база данных которых составлена с учетом сезонности.

Число пассажиров, пришедших на остановку а, чтобы доехать до остановки у, к моменту подхода автобуса п Ппау^у>а) определяется путем придания каждому пассажиру номера остановки выхода у, как случайной величины в интервале (а +1) < у < к.

Общее число пассажиров, пришедших на остановку а к автобусу п, Пап = £ Ппа у .

у>а

Связанное движение автобусов и пассажиров может быть описано системой уравнений:

нп - нп

_1)+ S(a_ 1)•

П„ -(ПП_1 _S"a 1 )+ Jßadt,

посадки пассажиров на остановке (а-1); Н" - наполняемость автобуса, пришедшего на остановку а.

Уравнения связки между функциями, входящими в систему (1):

Да-1 = сВВ(а-1) + С55(а-1);

\П

(Q_H

при П Па_ 1) <

) при П

Количество пассажиров, выходящих на остановке У = (a - 1):

B

- X Sп; где о < (a - 1).

а<а-1

Тп - тп + дп + Ьа. •

-'а _ га_1 ^ а_1 ^ '

Для решения системы рекуррентных уравнений (1) необходимо задать параметры: cS, cB, вектор-столбцы ua, La, матрицу ßa для получения функций:

ппп

а , а ^ а .

На основании найденных функций могут быть получены значения:

- интервалов между автобусами (п) и (п-1) на каждой остановке та ;

- наполняемости автобусов между остановками -

п

н а •

- числа ожидающих автобуса п на остановке a -Пп •

а

- времени ожидания до возможности посадки в автобус.

Идеальный случай движения по расписанию, т.е. соблюдения условия надежности перевозки, возможен только при соблюдении регламентируемого интервала та. Отклонения от него объясняются отклонением скорости и от средней номинальной, случайным характером интенсивности подхода пассажиров на остановку ßay и предпочтений остановки высадки у, возможными непредвиденными задержками автобуса.

На рис. 1 представлен примерный графический интерфейс программы, разработанной для моделирования совместного движения транспортных средств и пассажиров в среде Microsoft Visual Studio.

где Тап,Та-1- время прихода автобуса п на остановки а и (а-1) соответственно; да-1 - временной интервал

Рис. 1. Графический интерфейс программы

S

1)

т

Особенностями программы являются ее гибкость, возможность варьировать входные параметры в широких пределах.

Интенсивность подхода на остановку (пасс./мин) задается независимо для каждой из остановок, для введения поправочных коэффициентов, учитывающих различные внешние факторы (сезонность, день недели, мероприятия), создана соответствующая база значений ра.

Каждому пассажиру, пришедшему на остановку, случайным образом присваивается номер остановки выхода у, удовлетворяющий неравенству

к

(а +1) < х < — , где х - случайная величина, распределенная равномерно в данном интервале.

На рис. 2 представлена визуализация взаимодействия транспортных средств и пассажиров в виде графиков ожидания пассажиров на остановках.

Рис. 2. График изменения количества пассажиров на остановке

Разработанная модель муниципальных пассажирских перевозок дает возможность с требуемой точностью прогнозировать поведение системы «транспортные средства - пассажиры» для условий конкретного муниципального образования и заданных маршрутов.

Надежность внутримуниципальных пассажирских перевозок характеризуется уровнем интегральной тран-

Поступила в редакцию

спортной доступности. Надежной считается такая транспортная сеть города, которая позволяет достичь любой его точки из любой другой за норматив времени с учетом времени подхода, ожидания поездки, пересадки.

Единого норматива интегральной транспортной доступности для региональной транспортной сети не существует, он является расчетным для каждого региона (области, края). Для пассажироперевозок региона типа сельского административного района норматив близок к постоянному - 1,8 ч [4]. Уровень транспортной доступности определяется как отношение фактической интегральной транспортной доступности к номинальной.

Предлагаемая модель позволяет разработать оптимальную транспортную сеть с уровнем транспортной доступности, близким к единице [2].

Дальнейшее усовершенствование модели, внесение дополнительных параметров, характеризующих внешние факторы, оказывающие влияние на пассажирские перевозки, позволит уточнить представленную модель и сформировать топологию всей транспортной сети муниципального образования.

Литература

1. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции

проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. Новосибирск, 2004. 267 с.

2. Статистическое обследование пассажиропотоков на маршрутах общего пользования МО «Красноярский район» Астраханской области: отчет о НИР / Центр транспортной логистики АГТУ; рук. Ю.Т. Пименов, исполн.: М.С. Турпищева, Е.Р. Нургалиев. Астрахань, 2008. № 274.

3. Регирер С.А., Смирнов Н.Н., Ченчик А.Е. Математическая модель взаимодействия движущихся коллективов: общественного транспорта и пассажиров // Автоматика и телемеханика. 2007. № 7. С. 116 - 131.

4. Долгосрочная стратегия развития автодорог Астраханской области с позиции устойчивого развития (Белая книга автодорог Астраханской области). М., 2007. 118 с.

10 марта 2009 г.

Турпищева Марина Семеновна - канд. техн. наук, профессор, кафедра «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин», Астраханский государственный технический университет. Тел. (8512) 614431. E-mail: ctl@astu.org

Нургалиев Есбол Русланович - аспирант, кафедра «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин», Астраханский государственный технический университет Тел. 89170808110. E-mail: Iver7@yandex.ru

Грачев Дмитрий Александрович - аспирант, кафедра «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин», Астраханский государственный технический университет.

Turpischeva Marina Semenovna - Candidate of Technical Sciences, professor, department «Lifting-transport machines, production logistics and mtchanics of machines», Astrahan State Technical University. Ph. (8512) 614431. E-mail: ctl@astu.org

Nurgaliev Esbol Ruslanovich - post-graduate student, department «Lifting-transport machines, production logistics and mtchanics of machines», Astrahan State Technical University. Ph. 89170808110. E-mail: Iver7@yandex.ru

Grachev Dmitriy Alekcandrovich - post-graduate student, department «Lifting-transport machines, production logistics and mtchanics of machines», Astrahan State Technical University._