CC BY
33
Оригинальная статья / Original article УДК 656.02
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1 -225-233
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАРШРУТА
© Ю.О. Полтавская1, Н.Н. Полежаев2, А.Ю. Михайлов3
Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Рассмотрены возможности использования бортового оборудования подвижного состава для оценки надежности функционирования маршрутов общественного пассажирского транспорта на примере предприятия ОАО «Автоколонна 1948» г. Ангарска. МЕТОДЫ. Для обработки полученных данных о продолжительности поездки использовались методы математической статистики. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проверена гипотеза о статистической значимости различий данных о продолжительности рейсов, полученных на основе применения ГЛО-НАСС-трекеров и детекторов входа/выхода. Рассмотрено качество архивных данных, поступающих с детекторов входа/выхода, представлены результаты анализа вариации продолжительности рейсов в зависимости от дорожных условий. В результате предложена классификация маршрутов городского транспорта по показателю уровня надежности и с использованием критериев буферного и временного индексов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В современных условиях приоритетного развития городского общественного транспорта особенно актуальной и важной задачей является повышение надежности функционирования его маршрутов. Предложена оценочная шкала надежности функционирования маршрутов ГОПТ. Предлагаемый показатель надежности может дополнить традиционно применяемые критерии оценки качества функционирования ГОПТ.
Ключевые слова: городской общественный пассажирский транспорт, надежность функционирования маршрута, треки, продолжительность рейса, временной индекс, буферный индекс.
Формат цитирования: Полтавская Ю.О., Полежаев Н.Н., Михайлов А.Ю. Использование бортового оборудования подвижного состава для оценки надежности функционирования маршрута // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 1. С. 225-233. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-225-233
APPLICATION OF ROLLING STOCK ONBOARD EQUIPMENT TO ESTIMATE PUBLIC TRANSPORT OPERATION
RELIABILITY ON THE ROUTE
YU.O. Poltavskaya, N.N. Polezhaev, A.YU. Mikhailov
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The article considers the possibility of using rolling stock onboard equipment to estimate the operation reliability of public transport routes on example of the company "Avtokolonna 1948" OJSC of the town of A n-garsk. THE METHODS of mathematical statistics are used to process the obtained data on trip duration. RESULTS. The hypothesis on statistical significance of differences in the data on trip duration obtained through the use of GLONASS trackers and input/output detectors has been tested. The quality of archive data supplied by the input/output detectors has been considered. The analysis results of trip duration variance depending on road conditions have been presented. The classification of public transport routes according to the level of reliability that uses the criteria of buffer and travel time indices is proposed. CONCLUSION. Today, in the priority development of urban public transport the problem of improving the reliability of public transport routes operation becomes particularly relevant and important. An estimation scale of urban public transport routes reliability is proposed. The introduced reliability index can supplement traditional criteria used to assess the operation quality of urban public transport.
Keywords: urban public passenger transport, reliability of route operation, tracks, trip duration, travel time index, buffer index
1
Полтавская Юлия Олеговна, аспирант, e-mail: juliapoltavskaya@mail.ru Yulia O. Poltavskaya, Postgraduate Student, e-mail: juliapoltavskaya@mail.ru
2Полежаев Николай Николаевич, магистрант, e-mail: polezhaevnikolai@gmail.com Nikolay N. Polezhaev, Master's Degree Student, e-mail: polezhaevnikolai@gmail.com
3Михайлов Александр Юрьевич, доктор технических наук, профессор кафедры менеджмента и логистики на транспорте, e-mail: mikhaylovay@gmail.com
Alexander Yu. Mikhailov, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Transport Management and Logistics, e-mail: mikhaylovay@gmail.com
Il L1J11 1 Транспорт
LhÉÉÉriJ Transport
For citation: Poltavskaya Yu.O., Polezhaev N.N., Mikhailov A.Yu. Application of rolling stock onboard equipment to estimate public transport operation reliability on the route. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 1, pp. 225-233. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-225-233
Введение
В последние годы спрос на услуги городского общественного транспорта (ГОПТ) заметно увеличился. Это объясняется транспортной политикой городов многих стран, направленной на приоритетное развитие систем ГОПТ. Развитие ГОПТ предполагает повышение его конкурентоспособности по отношению к автомобильному транспорту личного пользования.
Конкурентоспособность ГОПТ может быть достигнута за счет повышения надежности функционирования его маршрутов. С позиции пользователей (т.е. пассажиров), надежность - это сочетание таких характеристик, как время ожидания (определяется величиной маршрутного интервала) и продолжительность поездки (желательно, приближающаяся к затратам времени при использовании индивидуального автомобиля). Но наиболее важной из этих характеристик при использовании общественного пассажирского транспорта является вариация продолжительности передвижения
Важность этого показателя обусловлена тем, что на его основании (исходя из имеющегося опыта) пользователи ГОПТ определяют необходимые затраты времени на достижение пункта назначения, обеспечивающие высокую надежность передвижения.
В современных условиях для оценки надежности функционирования маршрутов ГОПТ могут использоваться ГЛОНАСС или вРБ-треки подвижного состава ГОПТ, поступающие как в режиме реального времени, так и в виде архивных данных [1, 2].
Основными критериями оценки надежности (соответственно вариации продолжительности передвижений) являются временной и буферный индексы [3]. Выбор этих показателей надежности связан с развитием геоинформационных технологий, в частности, с широким распространением автомобильного навигационного оборудования [4].
Данные и методы исследования
Были рассмотрены данные о продолжительности рейсов на маршруте № 27 «Железнодорожный вокзал - 219 квартал» г. Ангарска, полученные с помощью детекторов входа/выхода, которые помимо информации о пассажиропотоке фиксируют время прибытия на каждый из остановочных пунктов маршрута.
Для оценки сходимости данных, получаемых с детекторов входа/выхода и ГЛОНАСС-оборудования, выполнена процедура сравнения двух зависимых выборок с применением ¿-критерия Стьюдента, который признается в статистической литературе оптимальным критерием метода парных сравнений [5]. Проверка статистической значимости разностей пар двух зависимых выборок выполнена по формуле
t =
(S d, )■
n
VSd, "(Sd,)2
(1)
n
где £ - расчетное значение критерия Стьюдента; б - разность значений продолжительности рейса / по данным детекторов входа/выхода и оборудования ГЛОНАСС, мин.; п - число пар (при этом число степеней свободы для критерия Стьюдента V = п - 1).
По результатам сравнения выборок (данные - продолжительность 81 рейса за период 03.09.2015 г.) £ = 2,27. Это превышает критическое значение ¿зодов = 1,99, что указывает на статистически значимое различие сравниваемых выборок. Полученный результат позволяет сделать сле-
Il L1J1 II Транспорт
LlÉÉÉdJ Transport
дующий вывод: данные детекторов входа/выхода можно использовать для оценки надежности функционирования маршрута, но необходимо применять поправочные коэффициенты, учитывающие отклонения от данных, более точного ГЛОНАСС-оборудования. Определение поправочных коэффициентов станет продолжением настоящего исследования.
По результатам аналитической обработки данных ГЛОНАСС-оборудования были построены графики продолжительности движения транспорта на маршруте (в прямом и обратном направлениях суммарно) по часам суток (рис. 1, 2) и оценены основные статистики, характеризующие вариацию продолжительности движения (табл. 1, 2).
G о
S 2
л 3 с -с
Si ^
s "с
S i-ц
о ч о
94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58
• •
•
. « • • • • •
• • • .« •• * - • • • • m
si « • •• • : » • у«« » ж * hi *. « in «Л • % : •
& ё+^ш
:v i.A \ .% тш Я • К * !Î •
SvfJ U ... • Vie ф % ••• J* ••
• • • • I f ШЁШ ••
• • • • • • • • • * • •
• • • • • 4 • m • ••
% •
• • •••
5:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 Начало движения - время суток / Start of a trip - times of a day
a
94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58
95 % ,1
____ ---- — г""*
1 Pi / г/ ---- 1
4 нее / M ea i
.... ___ — ----i 1
15< ____ ----
§
SÎ
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Начало движения - время суток / Start of a trip - times of a day
b
Рис. 1. Значения продолжительности движения на маршруте (прямое и обратное направления суммарно 01.09-07.09.2015): а - измеренные значения; b - среднее и значения 15% и 95% обеспеченности. Fig. 1. Values of trip duration on the route (forward and backward directions total from 1 September to 7 September 2015): a - measured values; b - average and the values of 15% and 95% quartile.
Il L1J11 1 Транспорт
LhÉÉÉriJ Transport
£ = & S S 2
Л 3
с тз
s; .&■
Ü * §
SÎ
Q.
94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58
»
•
•s ••
• 1 •
. m 1 ft
• • • à*. (t » j . —• J. •
J ^li») 4». •
йД, 11Ц s» 1 • •
;.:... r* « % « FV» •• L
• «... 1 ч •I
. s • • • » •• •
• • • » • •
• • • • •
00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21 Начало движения - время суток / Start of a trip - times of a day
a
94 92 90 88
I 86 ■ 84
>s E 82 S. E 80 ¡5 § 78
о ra 76
£ 1 74 Si a. 72
\
г"' \ \
95 % / 4
---- L \
---- ___ ---- — — — • 1
Ср эдне е / M ean Ss
____ ---- —- — ____ ---- ___ ---- 15 ---- % — L N 1
s
-
70 68 66 64 62 60 58
о 4 о
.
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Начало движения - время суток / Start of a trip - times of a day
b
Рис. 2. Значения продолжительности движения на маршруте (прямое и обратное направления суммарно 02.11-08.11.2015): a - измеренные значения; b - среднее и значения 15% и 95% обеспеченности. Fig. 2. Values of trip duration on the route (forward and backward directions total from 2 November to 8 November 2015): a - measured values; b - average and values of 15% and 95% quartile
Таблица 1
Статистические значения продолжительности движения на маршруте
(01.09-07.09.2015)
Table 1
Statistical values of trip duration on he route (from 1 September to 7 September 2015)
Статистика/ Statistics Минимум / Minimum Максимум / Maximum Среднее / Mean Квантиль / Quartile 15% Квантиль / Quartile 95% Стандартное отклонение / Standard deviation
Значения / Values 62,66 79,18 71,32 67,75 76,57 3,55
Таблица 2
Статистические значения продолжительности движения на маршруте (02.11-08.11.2015)
Table 2
Statistical values of trip duration on the route (from 2 November to 8 November 2015)
Статистика/ Statistics Минимум / Minimum Максимум / Maximum Среднее / Mean Квантиль / Quartile 15% Квантиль / Quartile 95% Стандартное отклонение / Standard deviation
Значения / Values 70,44 83,47 77,09 74,19 82,21 3,00
Для оценки степени влияния переменных дорожных условий (см. рис. 2) были использованы данные, полученные в период формирования снежного покрова (с 02.11.2015 по 08.11.2015 г.), и данные периода без значимого влияния погодных факторов на условия дорожного движения (с 01.09.2015 по 07.09.2015 г). По данным ФГБУ «Иркутское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», в рассматриваемый недельный период выпало 20 мм осадков, что превысило месячную норму. Следует отметить, что максимальное среднее значение продолжительности рейса в будний день отмечено в этот период, а именно - 04.11.2015.
Было выполнено сравнение двух средних выборок с использованием крите-
рия Стьюдента, показавшее их статистически значимое различие (табл. 3) [5]:
П + n2 \ Ql +02 ]
V n ■ n2 П + n2 — 2
где £ - расчетное значение критерия Стьюдента; XI - среднее значение продолжительности рейса /, мин.; О = (п - 1)з2 - сумма квадратов отклонений, где 5 - стандартное отклонение, п - объем выборки (при этом число степеней свободы для критерия Стьюдента V = п1+п2 - 2).
Таким образом, данный тест доказал возможность применения ГЛОНАСС-треков для оценки влияния переменных дорожных условий на функционирование маршрута ГОПТ.
Результаты исследования
Далее было выполнено сравнение продолжительностей движения на маршруте в будние (03.09.2015 г. и 04.11.2015 г. -среда) и в выходные дни (07.09.2015 г., 08.11.2015 г. - воскресенье). В этих случаях выполнялось сравнение средних двух выборок также с использованием критерия Стьюдента, показавшее их статистически значимое различие (см. табл. 3).
В целом выполненный статистический анализ доказывает высокую эффективность применения использования ГЛО-НАСС и вРБ-треков для анализа маршрутов ГОПТ. В данном случае под эффективностью понимается возможность быстрого получения статистически значимых выбо-
рок данных. Полученные результаты позволяют рекомендовать представленные технологии к использованию в методических и нормативных документах при оценке качества и надежности функционирования ГОПТ.
С использованием полученных данных о продолжительности рейсов были рассмотрены следующие количественные критерии надежности (табл. 4), которые получили широкое распространение в мировой практике:
- временной индекс (Travel Time Index, TTI), определяемый как соотношение времени в пути в течение пикового периода
Il L1J11 1 Транспорт
LhÉÉÉriJ Transport
Таблица 3
Расчетные и критические значения критерия Стьюдента продолжительности рейсов
Table 3
Estimated and critical values of the Student's t-test of trip duration_
Сравниваемые периоды / Periods to be compared Расчетное значение критерия Стьюдента, t / Estimated value of the Student's t-test Критическое значение критерия Стьюдента, t / Critical value of the Student's t-test Доверительная вероятность, p / Confidence probability, p Число степеней свободы, / / Number of freedom degrees, f
Оценка влияния изменения дорожных условий / Assessment of the effect of changes in road conditions
01.097.09.2015 г. 02.1108.11.2015 г. 121,56 1,96 95% 937
Сравнение будних дней / Comparison of wee days
03.09.2015 г. 04.11.2015 г. 10,36 1,98 95% 144
Сравнение выходных дней / Comparison of weekend days
07.09.2015 г. 08.11.2015 г. 7,40 1,98 95% 141
(TÏ95%) к времени поездки в условиях свободного потока (TT15%):
TT
TTI = 1195%
TT
(3)
15%
где TT95% - 95% процентиль продолжительности движения на маршруте, мин; TT15% - 15% процентиль продолжительности движения на маршруте, мин;
- буферный индекс (Buffer Index, BI) определяемый как отношение буферного (Buffer Time, BT) времени к среднему значению продолжительности движения (TT50%):
DT ТТ _ГГГГ
BI = -В— = IIg5% Il50%-100%, (4)
TT TT
где BT - буферное время, мин; BT = ТТ95%% - ТТ,50%; ТТ,50% - средняя продолжительность движения на маршруте, мин.
Буферное время - дополнительные затраты времени, которые несет пользователь при передвижении к цели с заданной
надежностью. В рассматриваемом случае вероятность опоздания принята 5%. Сопряженный с буферным временем буферный индекс выражается в процентах, и его значение возрастает по мере снижения надежности функционирования маршрутов ГОПТ [6, 7].
На рис. 3, 4 графически отображена динамика изменений данных критериев в суточном интервале за рассматриваемые периоды - с 01.09.2015 по 07.09.2015 и с 02.11.2015 по 08.11.2015.
Представляется интересным предложить оценочную шкалу надежности функционирования. Для получения оценочной шкалы уровня надежности предлагается использовать функции распределения значений временного индекса (рис. 5) и буферного времени (рис. 6).
Ввиду репрезентативности исследуемых выборок полученные данные позволяют предложить классификацию маршрутов ГОПТ, основанную на квантилях распределений (20, 40, 60 и 80%) рассматриваемых показателей надежности (табл. 5).
Временной и буферный индекс Travel time and buffer index
Таблица 4 Table 4
Период / Period Временной индекс / Travel time index Буферный индекс, % / Buffer index, %
Неделя с 01.09.2015 по 07.09.2015 / A week from 1 September 2015 to 7 September 2015 1,20 10,26
- межпиковый период / off-peak period 1,16 7,28
- час пик / peak period 1,23 13,04
Неделя с 02.11.2015 по 08.11.2015 / A week from 2 November 2015 to 8 November 2015 1,28 18,38
- межпиковый период / off-peak period 1,25 15,20
- час пик / peak period 1,40 28,57
iL x g «
î .E
<D
<D
S E
О. S DO —
I > ü S
0) I-
o. -c
1,45
1,40
1,35
1,30
1,25
1,20
1,15
1,10
1,05
1,00
30
25
s = 20 о P
15
10
□ 01.09-07.09.2015
□ 02.11-08.11.2015
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Начало движения - время суток / Start of a trip - times of day
Рис. 3. Значения временного индекса по часам суток Fig. 3. Travel time index value for the hours of the day
□ 01.09-07.09.2015
□ 02.11-08.11.2015
iiffliffl
«
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Начало движения - время суток / Start trip - times of a day
Рис. 4. Значения буферного индекса по часам суток Fig. 4. Buffer index values by the hours of the day
5
0
Рис. 5. Гистограмма распределения значений временного индекса Fig. 5. Distribution histogram of travel time index values
Таким образом, на основе исходных данных, полученных с использованием ГЛОНАСС-оборудования подвижного состава, предложена оценочная шкала надежности функционирования маршрутов
Значение буферного индекса, % / Buffer index value, %
Рис. 6. Гистограмма распределения значений
буферного индекса Fig. 6. Distribution histogram of buffer index values
Таблица 5 Table 5
ГОПТ. Предлагаемый показатель надежности может дополнить традиционно применяемые критерии оценки качества функционирования ГОПТ.
Надежность функционирования маршрута ГОПТ
Operation reliability of urban public transport route
Уровень надежности/ Reliability level Значение временного индекса TTI / Travel time index value TTI Значение буферного индекса BI / Buffer index value BI Условия движения / Traffic conditions
А <1,19 <10% В пиковые периоды не наблюдается ухудшение условий движения / There is no deterioration of traffic conditions in peak periods
В 1,19-1,21 10-12% В пиковые периоды наблюдается незначительное ухудшение условий движения / There is a slight deterioration of traffic conditions in peak periods
С 1,21-1,25 12-15% В пиковые периоды наблюдается ухудшение условий движения / There is deterioration of traffic conditions in peak periods
D 1,25-1,27 15-17% В пиковые периоды наблюдается значительное ухудшение условий движения / There is significant deterioration of traffic conditions in peak periods
E >1,27 >17% В пиковые периоды маршрут функционирует ненадежно. Возможны заторы / The operation of public transport route is unreliable in peak periods. There is the possibility of congestion.
Заключение
Il L1J11 1 Транспорт
LhÉÉÉriJ Transport
1. Berkow M., Chee J., Bertini R.L., Monsere C. Transit Performance Measurement and Arterial Travel Time Estimation Using Archived AVL Data // Presentation for the ITE District 6 Annual Meeting, July 2007, Portland. 10 p.
2. Chakroborty P., Kikuchi S., 2004. Using bus travel time data to estimate travel times on urban corridors. Transportation Research Record 1870, pp. 18-25.
3. Полтавская Ю.О., Михайлов А.Ю. Показатели надежности функционирования городского общественного пассажирского транспорта // Современная наука: теоретический и практический взгляд: сб. науч. тр. II Международной научно-практической конференции (30 апреля 2015 г.). М.: Перо, 2015. С. 79-82.
4. Шаров М.И., Чекин Е.И., Головных И.М. Оценка надежности работы городского пассажирского
ши список
транспорта в Иркутске // Совершенствование образования в области городского и транспортного планирования: материалы российско-германской конференции по транспортно-градостроительному планированию (Иркутск, 25-26 июня 2012 г.). Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. С. 53-59.
5. Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. 598 с.
6. Lyman K. Travel Time Reliability in Regional Transportation Planning. Master of Urban and Regional Planning Candidate // Field Area Paper. June 2007, 53 р.
7. Lyman K., Bertini R.L. Using Travel Time Reliability Measures to Improve Regional Transportation Planning and Operations // Submitted for presentation and publication to the 87th Annual Meeting of the Transportation Research Board. January 13-17, 2008. 14 р.
References
1. Berkow M., Chee J., Bertin, R.L., Monsere C. Transit Performance Measurement and Arterial Travel Time Estimation Using Archived AVL Data. Presentation for the ITE District 6 Annual Meeting, July 2007, Portland. 10 p.
2. Chakroborty P., Kikuchi S., 2004. Using bus travel time data to estimate travel times on urban corridors. Transportation Research Record 1870, pp. 18-25.
3. Poltavskaya, Yu. O., Mikhailov, A. Y. Pokazateli nadezhnosti funktsionirovaniya gorodskogo obsch-estvennogo passazhirskogo transporta [Performance reliability indicators of urban public passenger transport]. Sbornik nauchnyih trudov II Mezhdunarod-noy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Sovremenna-ya nauka: teoreticheskiy i prakticheskiy vzglyad" [Proceedings of II International scientific and practical conference "Modern science: theoretical and practical view"]. Moscow, Pero Publ., 2015, pp. 79-82. (In Russian)
4. Sharov M.I., Chekin E.I., Golovnyih I.M. Otsenka nadezhnosti rabotyi gorodskogo passazhirskogo trans-
Критерии авторства
Полтавская Ю.О., Полежаев Н.Н., Михайлов А.Ю. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 16.11.2017 г.
porta v Irkutske [Assessment of Irkutsk urban passenger transport reliability]. Materialyi rossiisko-germanskoi konferentsii po transportno-gradostroitelnomu plani-rovaniyu "Sovershenstvovanie obrazovaniya v oblasti gorodskogo i transportnogo planirovaniya." [Materials of the Russian-German conference on transport and urban planning "Improving education in the field of urban and transport planning"]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2012, pp. 53-59. (In Russian)
5. Zaks L. Statisticheskoe otsenivanie [Statistical estimation]. Moscow, Statistika Publ., 1976, 598 p. (In Russian)
6. Lyman K. Travel Time Reliability in Regional Transportation Planning. Master of Urban and Regional Planning Candidate. Field Area Paper, June 2007, 53 p.
7. Lyman K., Bertini R.L. Using Travel Time Reliability Measures to Improve Regional Transportation Planning and Operations. Submitted for presentation and publication to the 87th Annual Meeting of the Transportation Research Board, January 13-17, 2008. 14 p.
Authorship criteria
Poltavskaya Yu.O., Polezhaev N.N., Mikhailov A.Yu. have equal authors rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 16 November 2017
