ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зімст

Введення

Транспортна система в найбільш загальному випадку - це утворююча пов'язане ціле сукупність працівників, транспортних засобів та обладнання, елементів транспортної інфраструктури та інфраструктури суб'єктів перевезення, включаючи систему управління, спрямована на ефективне переміщення вантажів і пасажирів.

Проблема переповнення громадського транспорту
Рис.1 Проблема переповнення громадського транспорту (36 Kb, 14 кадрів, 10 циклів)

Ефективність транспортної системи не може розглядатися тільки в рамках досягнення оптимальності виконання відповідних процесів усередині системи. Основними завданнями транспортної системи є задоволення потреби економіки в перевезенні вантажів і забезпечення мобільності населення. У зв'язку з цим ефективність транспортної системи завжди буде визначатися якимсь балансом між суперечливими вимогами економіки і суспільства. Яскравим прикладом є бажання пасажира, щоб транспорт під'їхав до зупинки, як тільки пасажир підійшов до неї, і бажання перевізника встановити такий інтервал руху, щоб транспортні засоби завжди були заповнені повністю і приносили, максимальний дохід. Таким чином, для побудови ефективної транспортної системи необхідно пізнання в галузі транспорту поєднувати з економікою, містобудуванням, географією, екологією, соціологією і психологією.

В економіці транспортна галузь займає специфічне положення, ставлячись до економічній інфраструктурі. Транспорт є частиною продуктивних сил суспільства і являє собою самостійну галузь матеріального виробництва, що забезпечує нормальну діяльність економічної системи в цілому. Звідси випливає, що продукція транспорту має матеріальний характер і виражається в переміщенні речового продукту інших галузей.

Характерною особливістю функціонування транспортних систем є циклічний характер їх роботи. Початковою точкою робочого циклу транспортної системи є подача порожнього рухомого складу для виконання перевезень. При перевезеннях вантажів - це подача рухомого складу під навантаження, на пасажирських перевезеннях - виїзд автобуса з кінцевого пункту на маршрут. В залежності від технології виконання перевезень та організації руху в процесі транспортного циклу можуть виконуватися різні транспортні процеси, пов'язані з вантаженням або розвантаженням вантажів, посадкою або висадкою пасажирів. Транспортний цикл закінчується в момент прибуття порожнього рухомого складу для навантаження або в момент початку виконання маршруту пасажирським автобусом.

У реальних умовах на виконання транспортного циклу впливає істотну кількість різних збурюючих впливів, більшість з яких має випадковий характер, тому основні характеристики транспортного циклу, наприклад його тривалість, як правило, вельми нестабільні. З метою їх стабілізації необхідно вживати заходів для зниження числа збурюючих впливів. Це, наприклад, організація виділеної смуги руху та пріоритетного світлофорного регулювання для міського громадського транспорту.

Транспортна система є унікальним прикладом системи з колективним поведінкою її суб'єктів. У зв'язку з цим колективне поведінка є потужним чинником, що формує закономірності функціонування транспортної системи. Причому процеси самоорганізації призводять до утворення декількох рівнів стійкого функціонування системи, що утворюють ієрархічну структуру колективної адаптації з різною тимчасовою стабільністю.

У цьому плані можна виділити три наступних структурних рівня:

Транспортні системи займають найважливіше місце в забезпеченні практично всіх сфер діяльності економіки і суспільства. Природно, підвищення ефективності їх функціонування є необхідною умовою розвитку і вдосконалення економіки і якості життя населення. Підвищення ефективності транспортних систем припускає рішення сукупності взаємопов'язаних завдань, багато з яких можна віднести до завдань більш високого рівня, так як вони виходять за рамки вузько транспортних проблем. Удосконалення управління системою міського пасажирського транспорту (ГПТ) повинно супроводжуватися відстеженням змін у всіх утворюються взаємозв'язках, що визначають діяльність системи та її результативність. Щоб зробити це, не проводячи досить складних і які можуть мати негативні наслідки експериментів у реальних системах ГПТ, необхідне використання моделей. З метою збереження точності та інформативності моделі буде обгрунтованим виявити і включити в модель управління системою ГПТ її основні відносини з зовнішнім середовищем, що включають відносини з споживачами і державою. Як показує вітчизняна та зарубіжна практика, саме ці відносини є головними обмеженнями в діяльності систем ГПТ.

Як показує досвід управління системою ГПТ, щоб системний підхід був реалізований на практиці, доцільно розглянути різні варіанти (зрізи) моделювання системи ГПТ. Один з таких варіантів моделювання розглянуто в роботі В.В. Феенмана [1]. Автор виділяє інженерні та економічні моделі, що дозволяють вирішити проблему вдосконалення управління ГПТ як системою.

Інженерні моделі, управління громадським транспортом охоплюють простір і технічні характеристики різних видів громадського транспорту. При цьому пропонується створювати координовану ієрархічну мережу послуг, що поєднує переваги різних видів громадського транспорту. Такий підхід знаходить практичне застосування в німецько-що говорить зоні Європи. Економічні моделі засновані на тому факті, що організації, що надають послуги громадського транспорту, не проявляють гнучкість і звертають мало уваги на потреби пасажирів. Економісти вважають, що рішенням є зміна режиму регулювання. Підприємства пасажирського транспорту повинні відповідати за якість надаваних послуг і нести відповідні фінансові витрати або отримувати відповідні прибутки. Такий підхід знаходить підтримку в англосаксонських частинах Європи.

Оскільки жоден з цих підходів окремо не здатний забезпечити належний рівень взаємовигідності перевезень, що влаштовує як підприємства, що надають послуги громадського транспорту, так і пасажирів громадського транспорту. Держава також зацікавлена ??в ефективності перевезень, т.к. при тій же кількості перевезених пасажирів може отримати більший дохід у вигляді податків на прибуток перевізників. Крім того, у багатьох країнах, у тому числі країнах СНД, держава сама надає населенню послуги громадського транспорту, що, безумовно, вимагає підвищення його ефективності в цілях економії бюджетних коштів.

Як відзначає В.В.Феенман, "теоретична модель повинна показувати, як необхідно спільно використовувати законодавство, координацію та проектування послуг для досягнення максимальної ефективності" [1]. Іншими словами, необхідно знайти оптимальне поєднання державного управління і регулювання системи ГПТ і розвитку конкуренції в цій системі. При цьому повинні розглядатися як економічні гнучкі методи впливу, так і заходи прямого визначення параметрів діяльності системи через встановлення розкладів, графіків і режимів руху, а також координацію їх експлуатаційної діяльності в оперативному режимі.

У дослідженні визначено набір вимог до системи ГПТ з боку попиту населення на перевезення, на основі якого оцінюються різні системи громадського транспорту. Ці вимоги можливо сформулювати наступним чином:

1. Актуальність темы

В даний час у великих містах існує проблема перевантаження громадського транспорту в так звані «години пік». У ці години навантаження на громадський транспорт непропорційно зростає, що призводить до того, що він не справляється з пасажиропотоком [2]. Це означає, що люди не можуть вчасно дістатися до роботи або добираються в пригніченому стані через перевантаженість транспорту. У свою чергу, дані фактори негативно позначаються на продуктивності праці працівників і, як наслідок, на зростанні економіки міста.

2. Мета дослідження

Метою роботи є оптимізація роботи громадського транспорту, яка забезпечує рівномірне навантаження на нього протягом дня.

Об'єкт дослідження: система пасажирських транспортних перевезень міста.

Предмет дослідження: оптимізація витрат перевізників та підвищення вигоди пасажирів.

У рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

  1. Розробка моделі для опису системи пасажирських транспортних перевезень міста.
  2. Визначення оптимальних параметрів функціонування системи при заданих обмеженнях.
  3. Розробка рекомендацій щодо впровадження отриманих результатів у виробничу практику.

3. Огляд існуючих підходів

Оптимальне планування роботи транспортних систем, принципово дозволяє подолати більшість з перерахованих труднощів, спирається на систему взаємопов'язаних математичних моделей, в рамках яких вдається врахувати такі особливості транспортних систем, як нечіткість наявною інформацією, протиріччя в інтересах партнерів, багатоцільовий характер оцінки обираних режимів функціонування і т. д. На основі цих моделей з'являється можливість формалізувати задачі оптимізації та використовувати відповідний математичний апарат [3].

У роботі А.Е. Горєва [4] виділяються декілька класів задач оптимізації транспортних систем:

Таким чином, можна бачити, що існуючі підходи до вирішення транспортних завдань не розглядають вбрання для даної роботи напрям оптимізації, оскільки спрямовані на інші області, наприклад оптимізацію вантажоперевезень або побудова карти можливих місць скупчення транспорту.

4. Постановка завдання

З метою оптимізації громадського транспорту в даній роботі буде розглянута задача знаходження оптимального числа маршрутних таксі, необхідного для перевезення всіх пасажирів міста по необхідним їм маршрутами з урахуванням мінімізації витрат перевізника та максимізації вигоди пасажирів.

Рішення даної задачі дозволить визначити необхідний автопарк для забезпечення потреби в транспорті для населення міста при врахуванні інтересів перевізників і споживачів.

Для вирішення завдання було б доцільно провести масштабне дослідження пасажиропотоку в його динаміці за тривалий час (близько місяця) для виявлення всіх характерних закономірностей та врахування їх у планованої моделі.

Завдання в загальному вигляді можна поставити в такий спосіб. Необхідно побудувати модель, що дозволяє визначити кількість маршрутних таксі, необхідних для перевезення всіх пасажирів міста по необхідним їм маршрутами з урахуванням мінімізації витрат перевізника та максимізації вигоди пасажирів.

Також необхідно врахувати, що деякі зі змінних величин можуть бути пов'язані не тільки через функціонал, але і безпосередньо між собою через деякі рівняння.

В даній роботі розглянута приватна завдання: необхідно побудувати модель, що дозволяє розрахувати необхідну кількість маршрутних таксі для перевезення населення по одному маршруту при оптимальному співвідношенні часу перевезення всіх пасажирів, прибутку перевізника і вартості проїзду.

Введемо наступні величини:
Дохід перевізника:

Доход перевозчика

Час перевезення всіх пасажирів:
Время перевозки всех пассажиров

Тоді можна поставити завдання оптимізації наступним чином:
J

де t – час;
Npas – кількість пасажирів, яких потрібно перевезти;
S – вартість проїзду;
Z – витрати перевізника на одне маршрутне таксі;
Tpr – час проїзду по маршруту;
Nm – число маршрутних таксі;
Kmax – максимально можлива кількість пасажирів в одній маршрутці;
lambda – ваговий коефіцієнт.

Також для вирішення задачі доцільно використовувати наступні обмеження:

Таким чином, поставлено завдання оптимізації функції Nm. Оскільки минимизируемого функція залежить від декількох змінних, методом оптимізації можна вибрати метод градієнтного спуску:

gr_sp

де u_S_N – вектор оптимізації [5].

Оскільки більшість функцій подібного виду яружний (тобто в деякій області норма вектора-градієнта істотно менше, ніж в решті частини простору), має сенс упевнитися в збіжності алгоритму до вирішення, тому даний метод має досить повільну збіжність.

Для збільшення збіжності алгоритму до мінімуму функції за gradJ можна використовувати для пошуку оптимального значення метод спряжених градієнтів:

sopr_grad

где u_S_N – вектор оптимізації [5], pk

Даний метод дозволяє знайти рішення з необхідною точністю за кінцеве число ітерацій.

Висновки

У ході даної роботи була розглянута задача оптимізації пасажирських перевезень в місті. З метою оптимізації громадського транспорту в даній роботі була розглянута задача знаходження оптимального числа маршрутних таксі, необхідного для перевезення всіх пасажирів міста по необхідним їм маршрутами з урахуванням мінімізації витрат перевізника та максимізації вигоди пасажирів.

Також був проведений аналіз існуючих підходів до моделювання транспортних систем і огляд існуючих задач оптимізації транспортних систем.

У результаті була запропонована постановка задачі, яку необхідно вирішити при оптимізації пасажирських перевезень в місті.

Список джерел

  1. Феенман В.В. Системный подход к проектированию общественного транспорта. Нидерланды: Делфта, 1996.-18 с.
  2. Бойко Г.В. Методика оптимизации структуры транспорта для обслуживания городских пассажирских перевозок / Г.В. Бойко – Волгоград: ВГТУ, 2006 г. - 162 с.
  3. Гудков В.А. Пассажирские автомобильные перевозки: Учебник для вузов / В.А. Гудков, Л.Б. Миротин, А.В. Вельможин, С.А. Ширяев – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 488 с.
  4. Горев А.Э. Основы теории транспортных систем: учеб. пособие / А. Э. Горев; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 214 с.
  5. Максимов Ю.А. Алгоритмы решения задач нелинейного программирования / Ю.А. Максимов, Е.А. Филлиповская — М.: МИФИ, 1982.
  6. Лопатин А. П. Моделирование перевозочного процесса на городском пассажирском транспорте / А. П. Лопатин. – М.: Транспорт, 1985. – 144 с.
  7. Котиков Ю. Г. Основы системного анализа транспортных систем: учеб.пособие / Ю. Г. Котиков. – СПб.: СПбГАСУ, 2001. – 264 с.
  8. Писецкая В.В. Логистика автомобильного транспорта: магистерская работа // http://masters.donntu.ru/2002/fem/pisetskaya/diss.htm
  9. Ганущак Н.К. Исследование существующих алгоритмов решения транспортных задач в ГИС: магистерская работа // http://www.masters.donntu.ru/2006/ggeo/ganushchak/diss/index.htm
  10. Семенов В.В. Математическое моделирование транспортных потоков мегаполиса // http://spkurdyumov.narod.ru/Semenov.pdf
  11. Гасников А.В. Введение в математическое моделирование транспортных потоков // МФТИ, 2010 - http://crec.mipt.ru/study/courses/optional/gasnikov/Book.pdf