Управление движением городского транспорта (часть 1)

Автор: Вогулякова А.Е.

В сложной и нестабильной социальной обстановке важным фактором доверия населения к местной власти является удовлетворение насущных потребностей, таких как административные, коммунальные, энергетические и транспортные услуги. Организация движения общественного транспорта – одно из направлений, в котором возможен разумный симбиоз аналитической, экспертной, модельной и административных составляющих.

Вопрос эффективности общественного транспорта может рассматриваться с разных точек зрения: администрации населенного пункта, транспортной организации и пассажиров, то есть конечных потребителей услуги.

Понятие эффективности транспортных услуг, несмотря на широкое употребление, весьма расплывчато. Каждая заинтересованная сторона из перечисленных выше подразумевает под этим термином свое наполнение.

С точки зрения административных органов, критериями эффективности могут быть:

• отсутствие нареканий со стороны населения (электората);
• экономическая эффективность муниципальной транспортной организации, максимизация прибыли;
• эффективность организации дорожного движения, участником которого является общественный транспорт;
• отсутствие столкновений интересов сторон-организаторов транспортных перевозок, выливающихся в конфликты, разрешаемые административными и судейскими методами.

С точки зрения транспортной организации, в качестве основного критерия эффективности выступает максимизация экономической выгоды от перевозок. Для достижения этого критерия обычно необходимо решать следующие задачи:

• оптимизация маршрутов с точки зрения существующего пассажиропотока;
• корректировка пассажиропотока за счет изменения маршрутов, ведущего к отказу населения от перемещения пешком, на личном или конкурентном транспорте;
• оптимизация расписания движения для достижения высокой и равномерной загрузки средств перевозки;
• использование ценовых факторов в формировании спроса на перевозки, определяемого подвижностью населения;
• оказание дополнительных услуг наподобие согласования расписания движения с заинтересованными сторонами – предприятиями, конкурентными и неконкурентными перевозчиками, административными органами.

С точки зрения конечного потребителя, выделение единого критерия эффективности движения вряд ли возможно вследствие существенной разницы в потребительских задачах, решаемых с помощью транспорта, и разнообразной мотивации в части принятия решения на перемещение и выбора его способа. В качестве критериев оптимальности для отдельно взятого пассажира могут выступать:

• минимизация времени перемещения до заданной точки;
• минимизация времени ожидания транспорта;
• минимизация стоимости поездки (с учетом возможных пересадок);
• комплексный критерий оптимальности, объединяющий с разными весовыми коэффициентами время ожидания, стоимость поездки и время в пути.

Однако оптимальное транспортное движение с точки зрения конкретного пассажира существенно отличается от критерия оптимальности с точки зрения населения в целом. Интегральный показатель эффективности транспорта для населения определяется удовлетворением разумных ожиданий большинства жителей в части обеспечения транспортными услугами. Определение его количественных показателей неочевидно и может привести, например, к следующим критериям:

• минимальная сумма времени ожидания для всех пассажиров, с некоторой вероятностью направляющихся от исходных остановок к целевым;
• минимальное время в пути от любой исходной остановки к любой целевой;
• минимальное время в пути от любой точки города до любой другой точки города с учетом возможности перемещения пешком и на различных видах транспорта;
• минимальное количество пересадок при следовании от любой исходной остановки к целевой и т.п.

Очевидно, что критерии оптимальности с точек зрения транспортного предприятия и конечного потребителя являются противоречивыми. Так, минимизация времени ожидания очевидным образом связана с увеличением подвижного состава, а, следовательно, со снижением его загрузки и суммы дохода с рейса. С другой стороны, чрезмерное стремление увеличить доходность транспорта ведет к отказу населения от перевозок и к появлению конкурирующих транспортных организаций. Следовательно, оценка показателей эффективности должна проводиться с учетом:

• достижения гарантированного минимального экономического результата для транспортного предприятия и административных органов в пределах удовлетворительной нормы прибыли;
• достижения гарантированного максимального результата для пассажиров в смысле удовлетворения их требований с вероятностью, не ниже некоторого порогового значения, за которым следует отказ от использования вида транспорта.

Как правило, задача оптимизации движения решается с учетом таких особенностей уже существующей системы организации движения, как наличие остановочных пунктов, сложившиеся маршруты движения, ограниченный подвижной и кадровый состав службы движения и т.д.

Возможны разные постановочные подходы к задаче оптимизации, которые, в частности, определяются видом используемых транспортных средств.
Для маршрутных такси («Газель», «ПАЗ») областями оптимизации являются маршруты движения и, обычно, остановочные пункты. Несмотря на то, что административно остановки маршрутных такси вне остановочных пунктов запрещены, фактически, они часто останавливаются по требованию. Оптимизация маршрутов возможна в широких пределах, так как сравнительно малые габариты микроавтобусов позволяют пускать их по улицам с малой пропускной способностью.
Для автобусов оптимизация маршрутов возможна в пределах существующих многополосных или широких улиц, а набор пунктов остановки весьма ограничен. Кроме того, меньшая скорость движения сужает возможности по регулированию времени оборота.

Наиболее простой представляется задача оптимизации движения троллейбусов (трамваев), так как их маршруты ограничены существующей контактной сетью. Тем не менее, даже в городах с развитыми услугами маршрутного такси, к которым относится и г. Березники, улучшения в работе общественного транспорта, вызванные конкуренцией со стороны альтернативных перевозчиков, получают положительный отклик у населения. Следовательно, постановка и решение задач оптимизации оказания транспортных услуг по одному или нескольким критериям эффективности является важной и актуальной задачей.

Задача исследования теории расписаний при составлении и оптимизации расписания движения транспорта в общей ее постановке считается весьма привлекательной, хотя достижение даже небольшого прогресса на пути к ее решению связано с огромными трудностями. Безуспешные попытки, как правило, не публикуются и это отчасти объясняет тот факт, что задача продолжает привлекать внимание многих исследователей кажущейся простотой постановки. Так, многие ВУЗы страны определяют для себя, если не как дисциплину, то, как тему научной работы, исследование теории составления расписаний в различных областях, в том числе области пассажирского транспорта.

Общая формулировка задачи составления расписания состоит в выполнении некоторой фиксированной системы заданий на перевозки с помощью ограниченного множества ресурсовили обслуживающих устройств.

Цельюявляется поиск эффективного алгоритма распределения заданий, оптимизирующего некоторый критерий эффективности при заданных свойствах ресурсов и наложенных на систему ограничениях. Модели в этих задачах являются детерминированными, то есть вся информация, на основе которой принимаются решения, известна заранее.

Оперативное составление оптимального расписания движения общественного транспорта имеет большое социальное значение. Расчетно-графический способ составления расписания в основном сориентирован только на выполнение известного объема перевозок пассажиров по каждому маршруту с учетом достаточного количества подвижного состава. Но для алгоритмизации и создания программ расчетно-графические методы подходят плохо, а в условиях недостаточного финансирования муниципальных транспортных предприятий представляется важным быстро и оптимально с точки зрения удовлетворения потребностей пассажиров распределить наличный транспорт.

В большинстве городов России расписание движения составляется вручную, что не может не сказаться на качестве самого расписания, а также на скорости его составления.
Кроме того, на данный момент нет универсального программного обеспечения, позволяющего быстро и качественно составить расписание и оптимизировать его, поэтому его создание особенно важно для улучшения качества перевозок.
был проведен ряд исследований, позволяющих выяснить, что используется в качестве входных, выходных данных, какие факторы влияют на составляемое расписание общественного транспорта.

В первую очередь был рассмотрен документооборот в отделе составления расписания общественного транспорта. Для составления расписания общественного транспорта используются паспорта машин, так как в них прописана максимально возможная скорость транспорта, а также ее снижение за определенное время эксплуатации (амортизация), эти данные позволяют узнать время прохождения машиной расстояния между остановками. Также в качестве входного документа рассматривается план по количеству машин, выдвигаемых на маршрут.

Минутная сетка, таблицы для диспетчеров, сводные таблицы, являются выходными формами. Это неотъемлемая часть работы по составлению расписания общественного транспорта, а при реализации их образ должен быть сохранен, так как диспетчер привык к нему.

Для определения основных функций, используемых в системе, были проанализированы действия диспетчера, что позволило выявить методы расчета, которыми руководствуется диспетчер. Так, например, смоделирован процесс составления таблицы для диспетчера, в которой собрана обобщающая информация по всем машинам. В таблице показаны время выезда из парка, прихода в парк, время обеда, количество рейсов и нулевые рейсы.

Выше были рассмотрены методы для анализа простых действий пользователя. Программное же составление предусматривает возможность проверки на оптимальность созданного в программе расписания. При составлении расписания вручную оптимальность составленного расписания можно рассматривать только по минутным сеткам, но на минутных сетках отображаются только возможные скопления транспорта на остановках. В программе минутные сетки сохранены, но также введен расчет критерия оптимальности расписания общественного транспорта.

Для определения критериев оптимальности было проведено социологическое исследование – анкетирование населения г. Березники. Результат опроса показал (рис. 1), что в качестве критерия, определяющего предпочтительность вида транспорта для населения, можно выбрать минимальное время перемещения между произвольными остановками. Иначе говоря, необходимо минимизировать сумму времени поездки для всех пассажиров, с некоторой вероятностью направляющихся от исходных остановок к целевым.

При решении задачи оптимизации расписаний, выделим в транспортной сети города узловые точки, где начинаются, заканчиваются, сходятся и разветвляются маршруты, таким образом, существенно сузив область перебора.
Так в г. Березники общее количество остановок порядка 120, а узловых точек в ходе анализа выделено 15 для троллейбусов и 21 для автобусов и маршрутных такси.

Тем не менее, составить оптимальное расписание фронтальным перебором или перебором с отсечениями невозможно, так как слишком много настроечных параметров, изменяемых дискретно по 1 минуте: время выхода, время разворота, время обеда и т.п.
Экспериментально установлено, что задача оптимизации фронтальным перебором может быть решена только за неприемлемое время (порядка нескольких суток работы программы на языке С на компьютере Pentium-III/733).

При введении в систему управления эксперта, который эвристически вырабатывает позиционные управляющие воздействия (выпустить – не выпустить, сместить на минуту назад – сместить на минуту вперед и т.п.) пространство возможных состояний системы существенно уменьшается. Основная задача информационного обеспечения эксперта – увидеть результат своих воздействий в изменении значения критерия оптимальности. В качестве вспомогательного критерия оптимальности используется количество одновременных прибытий единиц подвижного состава на одну и ту же остановку.

Независимо от выбора критерия, для его оценки за приемлемое время, требуется создание ИС, выполняющей все рутинных работы. Основными задачами ИС является:

1. Хранение информации о выходах и оборотах всех маршрутов, а также времен прибытия каждого оборота маршрута на все узловые остановки.
2. Расчет и представление в удобной для эксперта и заказчика форме критерия оптимальности.
3. Радикальное снижение трудозатрат на составление и представление минутных сеток, расписаний остановок, расписаний маршрутов и других информационно емких документов.

Разработка и внедрение программы управления движением пассажирского транспорта должны приводить к следующим результатам:

• сокращение трудозатрат на разработку расписаний;
• оптимальное распределение транспортных средств по маршрутам;
• равномерная загрузка транспорта пассажирами;
• оптимальная загруженность улично-дорожной сети транспортом;
• повышение экономической эффективности перевозок;
• привлечение пассажиров в условиях конкуренции;
• экономия энергии (топлива).

В итоге, формулировка задачи составления расписания транспорта звучит следующим образом: «Для заданного набора маршрутов, обслуживающего персонала, а также заданного набора интервалов времени построить такое распределение выходов, при котором выбранный критерий оптимальности является наилучшим».

(продолжение следует)