Построение комплексной модели оптимизации маршрутной сети городского пассажирского транспорта Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Организация и практика инновационной деятельности

УДК 681.3.06

Д.Н. Знаменский, М.П. Федоров

ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ МАРШРУТНОЙ СЕТИ ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА

Существующие в настоящее время модели оптимизации маршрутной сети наземного городского пассажирского транспорта (ГПТ) построены на принципе сведения векторного критерия оценки качества маршрутной сети к скалярному и учете ограничений величин второстепенных параметров в виде дополнительно задаваемых неравенств. Так широкое распространение получил известный аддитивный критерий [1,2]:

min Ц=тт Ц1 + min Ц2 . (1)

Первая целевая функция Ц1 определяет оптимальность работы транспортных единиц (ТЕ) на известных маршрутах:

P Np

Ц1=22Q n, p' t°ж, (2)

p=1 n=1

где p=1....P - порядковые номера маршрутов ГПТ,

n=0....Np - порядковые номера остановок на маршруте

Qfp - число пассажиров, ожидающих ТЕ на f-ой остановке p-го маршрута,

tp°x - время ожидания посадки пассажиров k-го маршрута,

Вторая целевая функция Ц2 определяет оптимальность топологии маршрутной сети города с учетом минимизации времени пассажиров на проезд в транспорте и пересадку с маршрута на маршрут:

т т

ц2=И +tnp), (3)

i=1 j=1

где m - число транспортных районов насе-

ленного пункта, * д

11 ^ - затраты времени пассажира на движение из 1-го транспортного района в _)-й,

(¡,"ер - то же на пересадку при проезде между районами,

П, - пассажиропоток из 1-го транспортного района в _)-й.

Рассматриваемая целевая функция (1) отражает интересы, в первую очередь, Пассажира, желающего воспользоваться услугами ГПТ, сводя их, по сути, к минимизации времени передвижения по желаемому маршруту.

Другие параметры этого передвижения (комфортность, безопасность, в том числе экологическая, стоимость поездки и т.д.), а также индикаторы, учитывающие влияние общественного транспорта на городскую инфраструктуру и окружающую среду, предполагается контролировать заданием ограничений в форме некоторых неравенств.

Подобный подход недостаточно полно отражает интересы всех субъектов процесса оказания транспортных услуг. В частности, полностью отсутствует учет интересов Перевозчика, непосредственно оказывающего транспортную услугу. Его интересы имеют двоякий характер - с одной стороны ТЕ, принадлежащие Перевозчику, должны быть достаточно загружены пассажирами, чтобы объем собираемой выручки в виде оплаты проезда давал возможность гарантированно обеспечивать процесс оказания транспортных услуг (оплата горючего, запчастей, лизинга, ремонта и обслуживания ТЕ, зарплата водителя, вспомогательного персонала, отчисления на налоги и т. п.), а с другой, количество пассажиров не должно превышать

уровня соответствующей безопасности и комфортности проезда. При этом неудовлетворенный спрос на транспортные услуги должен быть минимальным. Необходимость учета интереса Перевозчика на практике может быть реализована использованием двухэтапного механизма оптимизации маршрутной сети ГПТ. На первом этапе в соответствии со сложившейся топологией улично-дорожной сети

мегаполиса оптимизируется трассировка маршрутов наземного транспорта, а на втором, исходя из уже спроектированной топологии маршрутной сети, оптимизируется расписание движения ТЕ по маршрутам. При этом оптимизация топологии маршрутной сети сказывается только на целевой функции Ц2 (3), а оптимизация расписаний движения - на целевой функции Ц1 (2).

Задание исходной топологии улично-дорожной сети и пассажиропотоков

>

1-й этап оптимизации

2-й этап оптимизации

Выдача оптимального варианта маршрутной сети

V_1

Рис. 1. Двухэтапный алгоритм оптимизации маршрутной сети.

Таким образом, алгоритм оптимизации маршрутной сети ГПТ должен носить итерационный характер и включать в каждую из итераций варьирование трассировки маршрутной сети и процедуру оптимизации расписаний движения (и, соответственно, оптимизацию

количества и базовых параметров) ТЕ каждого из маршрутов. Подобный алгоритм приведен на рис. 1 и предполагает знание распределений пассажиропотоков и транспортных потоков в пределах мегаполиса.

В условиях современной России возможные вариации трассировок маршрутной сети ГПТ, как правило, уже сложились стихийно, и на практике речь идет лишь о переборе некоторого конечного количества вариантов с оценкой соответствующих параметров, задающих целевую функцию Ц (3). Второй этап оптимизации требует под каждую из вариаций трассировки маршрутной сети определить для каждого из маршрутов оптимальное с точки зрения как Пассажира, так и Перевозчика, расписание движения транспортных единиц. В работах [3,4] предложен критерий, позволяющий гармонично учесть интересы как Пассажира, так и Перевозчика при определении оптимальной загрузки ТЕ. Варьируемой переменной в данном случае является интервал движения по маршруту Tp(j) (т.е. время от момента отхода от одного и того же остановочного пункта Т.Е. двух следующих друг за другом кругорейсов j и j+1), а критерий оптимизации имеет вид:

Np-1

max Q = max У R (T (j -1)), j = 1..M , г

t(j) p T(j) Л pKJ )) J p

де Mp - максимальное количество кругорейсов на p-ом маршруте, Rn - целевая функция, оптимизирующая загрузку ТЕ рассматриваемого маршрута на n-ом остановочном пункте [3,4]: Rn=A(n,j)-k(C(n,j)-A(n,j)), где C(n,j) - общее количество пассажиров

на п-ом остановочном пункте, желающих осуществить посадку в ТЕ _)-го кругорейса,

А(п,,)) - количество пассажиров на п-ом остановочном пункте, осуществивших посадку в ТЕ _)-го кругорейса,

к- коэффициент комфортности перевозки пассажиров.

Взаимосвязь переменных А(п,,)) и С(п,,)) может быть определена с использованием предложенной в [3,4,5] модели загрузки ТЕ, работающих на маршруте. Проведенные маршруты дают возможность получить графические зависимости (см. рис. 2) целевой функции Я от пассажиропотока остановочного пункта к моменту отхода от него ТЕ рассматриваемого кругорейса.

Параметром, задающим семейство зависимостей на рис.2, является 'п - количество пассажиров, оставшихся в салоне ТЕ после высадки на рассматриваемой п-й остановке. Поскольку входной переменной для рассматриваемой модели загрузки ТЕ являются пассажиропотоки каждого из остановочных пунктов, поочередно варьируя интервалы движения ТЕ, можно получить оптимальное расписание движения ТЕ по рассматриваемому маршруту.

Рассмотрим теперь вопрос вычислении целевой функции Ц1 для уже оптимизированного маршрутного расписания. Поскольку исходной информацией, как уже было отмечено, при построении оптимизационной модели являются

пассажиропотоки, задаваемые на практике в виде гистограмм, получаемых после обработки данных по тестовым замерам загрузки ТЕ на межостановочных перегонах, целесообразно использовать эту информацию и для расчетов

С "

целевой функции по каждой из генераций трассировки маршрутной сети. Рассмотрим фрагмент гистограммы пассажиропотока п-го остановочного пункта (см. рис. 3).

с(п,У+ 1)

с(п,)~ 1)

Ти(1у-2) ТЩп5.И) ти(гу) Ти(1у+1) (

Рис. 3. Гистограмма формирования пассажиропотока на п-ой остановке

Для вычисления целевой функции Ц необходимо помимо исходных (первичных) пассажиропотоков, формируемых на остановочных пунктах, учесть вторичные пассажиропотоки, формируемые из числа тех потенциальных пассажиров, которые были бы готовы воспользоваться ТЕ рассматриваемого маршрута, но не воспользовались по причине её перегруженности и остались на данном остановочном пункте ожидать следующие ТЕ, обслуживающие данный маршрут.

В работе [5] высказано предположение, что вторичный пассажиропоток С2(п, у) остановочного пункта п, сформированный к моменту отправления от нее ТЕ _)-го кругорейса, определяется соотношением:

С 2(п, у) = К (С (п, у -1) - А(п, у -1)), где С(п,,)-1) - суммарный пассажиропоток п-го остановочного пункта, сформированный моменту отхода от него ТЕ )-1 кругорейса,

А (п, _|-1) - количество пассажиров, осуществивших посадку в ТЕ )-1 кругорейса на п-ом остановочном пункте,

К - коэффициент «рассеивания» пассажиропотока, равный отношению количества пассажиров, ожидавших посадки в ТЕ, но не осу-

ществивших ее по причине перегруженности и оставшихся дожидаться ТЕ этого же маршрута, к общему количеству не осуществивших посадку пассажиров.

Тогда суммарный пассажиропоток п-го остановочного пункта на )-ом кругорейсе будет описываться выражением:

С (П У ) = С1(П У ) + С 2(П У ),

где С1(п,,)) - первичный пассажиропоток остановочного пункта, образованный подходящими к нему пассажирами от момента отхода ТЕ _)-1 кругорейса до отправления ТЕ _)-го кругорейса.

Как показано в работах [3,4], исходной информацией для расчета пассажиропотоков как остановочных пунктов, так и ТЕ является первичный пассажиропоток С1(п,,)), который может быть определен экспериментально проведением тестовых замеров пассажиропотоков на межостановочных перегонах всех ТЕ. Зная первичный пассажиропоток, можно по известным моделям рассчитать вторичный пассажиропоток С2(п,,)). Помимо этого, вычисление целевой функции Ц1 требует еще знания среднего времени ожидания пассажира на каждом остановочном пункте маршрута. Перегруппи-

ровав слагаемые в (2), значение функции Ц1 можно представить в виде:

Р Кр мр

Ц1p, п ]),

р=1 п=0 ]=1

щ( р, п, ] « р (п, ]) • tож (п, ]),

где Qp(n,j) - количество пассажиров р-го маршрута, ожидающих посадку на п-й остановке.

Сделаем допущение о том, что во вторичном пассажиропотоке, формируемом к отходу от остановочного пункта (|+1)-го кругорейса, присутствуют пассажиры, не осуществившие посадку на ТЕ j-го кругорейса по причине ее перегруженности и подошедшие на рассматриваемый п-й остановочный пункт в интервале времени Т(|-1), т.е. между моментами отхода от остановочного пункта ТЕ j-1 и j-го кругорейса. Иными словами, мы предполагаем, что не севший в ТЕ пассажир, в лучшем случае, будет дожидаться ТЕ только последующего кругорейса. Если же и эта ТЕ будет перегружена, он воспользуется иными видами транспорта или ТЕ другого маршрута.

Вторым допущением сделаем предположение о том, что пассажиропоток остановочных пунктов на интервалах движения ТЕ формируется равномерно. Это предположение соответствует реалиям возможностей экспериментального изучения пассажиропотоков и предполагает задание первичных и вторичных пассажиропотоков остановочных пунктов в виде гистограмм рис. 3. В этом случае на j-ом интервале следования ТЕ Т(|), расположенном между моментами отхода от остановочного пункта ТЕ j-го и j+1 кругорейсов равномерно формируется полный пассажиропоток С(п, ] +1) . Его величина соответствует площади соответствующего прямоугольника гистограммы с высотой:

с(п, ] +1) = С (п, ] +1)/ Т (]).

Соответственно, первичный и вторичный пассажиропотоки, формируемые в интервале Т(|), также равномерно формируются со скоростями:

с1( п, ] +1) = С1( п, ] +1)/ Т (]), с2(п, ] +1) = С 2(п, ] +1)/ Т (]) =

с(п, ]) - Ап ])

= к-

Т (])

Тогда целевую функцию ц1(р,п^) можно вычислить по формуле:

Т(]-1)

ц(р,п,]) = | с1 (п,])[[(/ -1)-1] +

Т (]-2)

+

| с2 (п, ])[Т( -1) + Т(( - 2)-1.

После взятия интегралов получим: ( Л с1 (п, ])Т2 (] -1)

I: (р, п, ])= 4 ' У-¿

ц.

+

с2 (n, ])

Т (] -1)

2

Т(] - 2) 2

Т( - 2) (4)

Таким образом, выражение (4) позволяет по первичным данным о пассажиропотоках остановочных пунктов каждого из маршрутов рассчитать целевую функцию Ц1, необходимую для выбора оптимального варианта маршрутной сети ГПТ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Спирин И.В. Организация и управление пассажирскими автомобильными перевозками: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. - 4 издание, стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008 г. - 400 с.

2. Ерихов М.М., Федоров М.П., Знаменский

Д.Н. Системное обоснование критерия оптимизации маршрутной сети городского пассажирского транспорта. Автотранспортное предприятие, 2010, № 4

3. Ерихов М.М., Карасева Е.В., Татаринов

М.А. Оптимизация маршрутных расписаний город-

ского пассажирского транспорта. Научно-технические ведомости СПбГПУ, Инноватика, СПб, 2008, № 3.

4. Ерихов М.М., Карасева Е.В. Динамическая модель загрузки пассажирского транспортного средства при работе на маршруте. - Сборник трудов

СПбГПУ по тематике «Инновации в науке, образовании и производстве». - 2007.

5. Ерихов М.М., Знаменский Д.Н., Карасева Е.В. Моделирование маршрутных пассажиропотоков ГПТ. Мир транспорта, № 4, 2010.

УДК 336.714

Г.Ф. Деттер, С.Н. Симонцев ОЦЕНКА ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕГИОНА

При переходе к инновационному типу развития увеличиваются затраты на инновационную деятельность. Необходимость ее обеспечения и стимулирования заставляет государство активнее поддерживать различными формами и способами создание инновационной инфраструктуры. Инновационная культура способствует производству инноваций в производственной и других сферах, способствует востребованности инноваций, нацеливает органы управления на осознание необходимости создания благоприятных условий для успешности инновационного процесса.

Для выбора состава и размещения объектов инфраструктуры следует рассмотреть три группы минимально необходимых начальных условий:

- наличие потенциала для экономического роста территории;

- наличие ресурсов для формирования инновационной инфраструктуры;

- совпадение сформулированных целей развития и структуры потенциала экономического роста региона.

Конкурентным потенциалом региона является наличие экономических, природных, социальных благ или условий деятельности, которые привлекательные или предпочтительны для экономических и социальных субъектов.

Создаваемая инфраструктура должна стимулировать рост экономики региона, поэтому инфраструктура будет актуальна в условиях, имеющих потенциал роста. Такими региональными условиями оказываются:

- наличие природных ископаемых, не используемых в полном объеме;

- избыточный трудовой ресурс;

- наличие реализуемого продукта-полуфабриката;

- наличие крупного производства с потенциалом роста;

- наличие образовательного центра;

- наличие привлекательных условий жизни;

- наличие уникальных источников энергии.

Наличие любого из отмеченных условий

или их совокупности оказывается минимально необходимыми для создания инфраструктуры инноваций. Исходный ресурс и инфраструктура могут реально содействовать становлению нового вида деятельности, производства нового продукта, привлечению работающих.

Для выбора состава инфраструктуры необходимо оценить наличие избыточных или дефицитных составляющих инфраструктуры. Если того или иного вида ресурса не имеется в регионе, то инновационная инфраструктура и должна обеспечить его привлечение, определив при этом источник и форму привлечения.

Ресурсы инфраструктуры следует оценивать в трех зонах доступа: внутри региона, в смежном регионе, в дальних регионах-партнерах.

Обязательными условиями при выборе состава инфраструктуры оказывается совпадение целей развития и ресурсного потенциала. Если эти цели сформулированы в программе развития региона, то только их поддержка может рассматриваться как задача создаваемой инно-