CC BY
15Моделирование системы управления автотранспортом в условиях неопределенности
Козлов Анатолий Васильевич.
доктор педагогических наук, профессор, Тюменский индустриальный университет (филиал в г. Ноябрьске), [email protected]
На современном этапе развития городского пассажирского транспорта одной из важнейших задач является создание системы городского пассажирского транспорта, ориентированной на удовлетворение интересов общества в качественном обслуживании. Приоритетным направлением является уменьшение экологического ущерба и обеспечение качественного обслуживания пользователей транспорта на маршруте, используя определенные параметры качества перевозки пассажиров. Отсутствие необходимого уровня системности и динамичности при ведении деятельности в сфере перевозок пассажиров дает основания утверждать о необходимости разработки соответствующих теоретических, методических и организационных положений. Одним из факторов обеспечения урегулированного функционирования пассажирских маршрутов в городе является проведение соответствующего моделирования для нахождения и определения лучших вариантов осуществления перевозок на маршруте и прогнозирование экологического ущерба на основе реальных выбросов вредных веществ в атмосферу, тем самым минимизируя этот ущерб, что даст возможность сделать пассажирские перевозки наиболее комфортными с точки зрения пассажиров-пользователей и обеспечить урегулирование осуществления перевозок предпринимателем-перевозчиком.
Ключевые слова: моделирование, система, управление, развитие, транспорт.
В связи с тем, что пассажирский транспорт играет важную роль в жизнеобеспечении общества, определяют понятия «пассажирские перевозки» как механизм удовлетворения потребностей населения в перевозке. Также стоит обратить внимание на исследования пассажиропотоков для построения адекватных математических моделей, которые будут учитывать различные критерии качества обслуживания [9]. Рассмотрим применение моделирования для оценки возможностей с точки зрения эффективности и рентабельности перевозки пассажиров. Известно, что при исследовании пассажиропотоков основными параметрами (факторами), которые напрямую влияют на их изменение являются [8]:
1) час суток;
2) день недели;
3) месяц сезона года.
Исследуем моделирование движения маршрутных автобусов и отметим, что развитие транспортной инфраструктуры города должно выполняться на основе всестороннего исследования схемы пассажиропотоков. Именно поэтому комплексное решение проблем по организации городского транспорта возможно лишь при применении средств имитационного моделирования дорожного движения и внедрения комплекса математических моделей, которые ориентированы на решение конкретных задач прогнозирования и управления функционирования транспорта [2]. С целью обеспечения задач развития и функционирования городского пассажирского транспорта и транспортных услуг надо, чтобы деятельность автотранспортных предприятий постоянно подлежала регулированию, контролю и оптимизации. На основе концепции создания имитационного проекта для управления движением автотранспортных средств для организации управления потоком автомобилей, воспроизводства особых ситуаций[10], исследуем изменение топливно-экономических, экологических и энергетических показателей автобуса с дизельным двигателем, в сравнении с традиционным нефтяным топливом. Одной из важных задач является отбор подвижного состава, который бы соответствовал техническим, технологическим и концепции комплексного энерго- и ресурсосбережения [1].
Таким образом, недостаточно исследованными и разработанными в этом направлении являются построение моделей функционирования транс-
х
X
о
го А с.
X
го т
о
м о м
сч о сч
о ш Ш X
<
т о х
X
портных средств, с учетом требований установленной наполняемости, интервала ожидания пассажиров на остановочных пунктах, постановка задач урегулирования осуществления перевозок с учетом сохранения окружающей среды путем уменьшения экологического ущерба [4].
Целью исследования является разработка и совершенствование теоретических, научно-методических подходов и практических рекомендаций по моделированию деятельности маршрута пассажирского автомобильного транспорта для обеспечения рационального использования транспортных единиц предприятия, установление и нормирование осуществления перевозок, используя критерий экологичности, по которым рассчитывается экологический ущерб и критерий комфортности пассажирского маршрута.
Соответственно к поставленной цели сформулированы следующие задачи:
усовершенствовать научно-методические основы в процессах функционирования пассажирского автомобильного транспорта в городе;
обосновать имитационное моделирование маршрута автомобильного пассажирского транспорта и выявить лучшие варианты функционирование транспорта;
сформировать комплекс организационных мероприятий по минимизации уровня экологического ущерба и влияния на окружающую среду и выявить экологический ущерб на выбранном транспорте в результате моделирования;
разработать практические рекомендации по совершенствованию функционирования маршрута транспорта с учетом выбранных критериев и экологического фактора.
Рассматривается предприятие, которое функционирует в большом городе, занимается автобусными пассажирскими перевозками. Имеет в своем распоряжении определенный маршрут, который обслуживает самостоятельно, то есть конкуренция отсутствует [5]. Проблема заключается в том, что движение по маршруту осуществляется переполненным подвижным составом и с большим интервалом движения, что приводит к значительному времени ожидания пассажиров на остановках. Неурегулированное вредное экологическое воздействие от использования автобусов на маршруте. Встает вопрос, чтобы спланировать расписание маршрута, учитывая организационное урегулирование осуществления перевозок. Параметры комфортности должны максимально учитывать пожелания большинства пассажиров маршрута автобуса и соответствовать некоторым нормам перевозки пассажиров в городе.
Это следующие параметры: время ожидания транспорта на остановке (интервал движения должен учитывать пассажиропоток и день недели (вы-
ходные, праздники, будни)), загруженность автобуса, учет интересов людей с инвалидностью [7]. Параметры экологичности - это денежная оценка вредного воздействия на окружающую среду от осуществления перевозок. Каждый автобус, который мы рассматриваем, имеет определенные реальные выбросы топлива на то количество километров, которое он проезжающий. Отсюда рассчитываем выбросы вредных веществ в атмосферу и ущерб в денежном эквиваленте, который они повлекли окружающей среде [3]. Этот экономический убыток учитывается в цене проезда, которую устанавливает государственная власть, учитывая себестоимость перевозок. Стоит выбрать тот тип автобуса, который максимально удовлетворяет эти параметры и таким образом регулируют пассажирские перевозки автотранспортом. Рассматривается некоторый период, в котором высчитывается количество автобусов на каждый день по часам суток для осуществления перевозок, которые будут отвечать условиям комфортности и условии минимальной денежной оценки экологических потерь.
Качество обслуживания, выражается в среднем времени ожидания на остановке Х1, максимальной наполненности салона пассажирского транспортного средства Х2 6]. В качестве параметров экологичности возьмем общие расходы топлива см(в литрах на 100 км), стоимость вредных веществ с^ (в евро), которые выбрасываются в атмосферу на конкретную количество топлива, которая определяется согласно Директивы 2009/33/ЕС Европейского парламента (табл.1) (согласно директивы -на тонну топлива).
Таблица 1
Стоимость выбросов вредных веществ в евро согласно Директивы 2009/33/ЕС
со2 N0,, NMHC твердые частицы
0,03-0,04 EUR/кг 0,0044 EUR/г 0,001 EUR/г 0,087 EUR/г
На основании данного анализа можем в дальнейшем моделировать оптимальные маршруты пассажирского транспорта, где I - вид вредного вещества, которое выбрасывается в атмосферу.
Среднее время ожидания на остановке должен быть £1 < Х1 < Ь2 минут в будние дни в времена пик и £з < Х1 < ^4 в будние дни не во времена пик и в выходные и праздничные дни. Максимальная наполненность салона пассажирского транспортного средства Х2 < Ъ , где Ь - это процент наполненности салона автобуса.
Таким образом мы оптимизируем пассажирские перевозки на маршруте и таким образом урегулируем комфортность пассажиров.
I- экономический ущерб от сожженного топлива (1) исчисляется так:
(е1(Г )£ с,. 2)
2 «) =-
(1)
,=1
где С1 - общие затраты топлива (в литрах на 100
км);
си - стоимость вредных веществ (в евро), которые выбрасываются в атмосферу на конкретное количество топлива, которое определяется согласно Директивы 2009/33/ЕС Европейского парламента (согласно директивы - на тонну топлива).
Таким образом определяем экономический ущерб экологии в зависимости от потребленного топлива.
Имеем следующий алгоритм решения задачи имитационного моделирования движения автобуса по кольцевым маршрутом в одном направлении:
1. Существует N остановок. А следовательно исходя из того, что в нас маршрут кольцевой, то N гонки со своими значениями длин перегонов.
2. На каждую остановку приходит случайное число пассажиров с определенным интервалом времени (пассажиры приходят на свои остановки случайным образом, ожидают автобус и в случае его прихода пытаются сесть в него. Это удается, если есть пустые места (вместимость автобуса ограничено)).
3. Задается вероятности выхода пассажиров из автобуса на каждой остановке, после того как он прибывает (при движении автобуса на каждую остановку случайное число пассажиров решает выйти из автобуса, освобождая тем самым места для новых пассажиров).
4. Моделируется выход на рейс и функционирования автобусов на маршруте (время пребывания на остановке и курсирования по маршруту, процессы посадки и высадки пассажиров учитываются. Процесс описывается в основном временем задержек на соответствующие операции и событиями, что происходят).
5. Результаты промежуточного моделирования учитываем для обеспечения ограничений (интервал движения и наполненность автобуса) и добавляются или изымаются автобусы по маршруту с соответствующей пассажировместимости.
6. Определяется необходимое количество автобусов и рейсов на каждый час работы маршрута, в зависимости от времени дня (время пик или нет) и день (выходной или рабочий).
7. После этого высчитывается количество километров, которые проехали автобусы и соответственно модели автобуса и количество сожженного топлива.
8. Согласно нормативам Директивы 2009/33/ЕС Европейского парламента определяем оценку суммарной стоимости вредных выбросов и суммируем какой экологический ущерб в стоимостном виде было нанесено.
Далее определяются те модели автобусов в соответствующий час работы маршрута, которые сожгли меньше топлива и принесли меньший экологический ущерб из числа других и удовлетворили
качество обслуживания. Эти модели транспортных средств выбираются в качестве возможных вариантов для функционирования на маршруте.
Была сформирована модель функционирования маршрута автомобильного пассажирского транспорта, с учетом требований и параметров. Сначала моделируется движение автобусов различных типов (различаются по вместимости) по маршруту с учетом параметров комфортности в разные дни недели и часы суток, затем - на основе полученных данных о количестве сожженного топлива рассчитывается экологический ущерб в денежном эквиваленте. Таким образом выбирается тот вариант автобуса и количество рейсов на маршруте, который удовлетворяет всем исходным условиям. Показатели, которыми предприятие может управлять: тип автобусов, их количество на маршруте, интервалы движения.
Для эффективного планирования транспортных систем используется обычно имитационное моделирование, которое становится актуальным в связи с увеличением количества транспортных средств, эксплуатация которых сопровождается значительными финансовыми затратами и загрязнением окружающей среды. Рекомендовано использование транспортных средств таким образом, чтобы проработать существующий пассажиропоток, на основе установления определенного уровня качества обслуживания, уменьшение выхлопов вредных веществ, минимизации экономической оценки экологического ущерба от функционирования транспортных средств.
Для применения данной модели в реальной жизни необходимо дополнительные наработки, поскольку есть много факторов, которые влияют на поведение исследуемого объекта, и которые в модели не учитываются. Большое количество данных, которые также могут влиять на адекватность модели, не имеет исчисленного количественного определения, поэтому построенная модель также должна включать определенные экспертные оценки и выводы, относительно функционирования модели.
Литература
1. Багутдинов, Р. А. Разработка единой централизованной системы управления транспортными потоками / Р. А. Багутдинов, Д. В. Бежуа-швили // Техник транспорта: образование и практика. - 2021. - Т. 2. - № 1. - С. 71-77. - DOI 10.46684/2687-1033.2021.1.71-77.
2. Беришева, Е. Д. Моделирование и управление развитием системы общественного автотранспорта небольшого города / Е. Д. Беришева // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ. - 2015. - № 3(73). - С. 103-110.
3. Ганин, Р. А. Сравнительный анализ динамических моделей систем подвижности тренажеров автотранспорта и спецтехники / Р. А. Ганин, Д. В.
х
X
о
го А
с.
X
го т
о
м о м
Казунин // Интеллектуальные системы в производстве. - 2017. - Т. 15. - № 1. - С. 60-65. - DOI 10.22213/2410-9304-2017-1-60-65.
4. Дрючин, Д. А. Оценка эффективности меро-приятийпо совершенствованию городской улично-дорожной сети на основе результатов имитационного моделирования / Д. А. Дрючин, М. Р. Янучков // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2019. - № 4. - С. 90-97. - DOI 10.25198/2077-7175-2019-4-90.
5. Евтухова, Е. С. Комбинированный алгоритм моделирования движения динамического объекта в ограниченном пространстве / Е. С. Евтухова // Молодежный научно-технический вестник. - 2016. - № 9. - С. 55.
6. Евтухова, Е. С. Комбинированный алгоритм моделирования движения динамического объекта в ограниченном пространстве / Е. С. Евтухова // Технологии инженерных и информационных систем. - 2016. - № 2. - С. 62-70.
7. Конакбай, З. Е. Методология оценки развития микрологистической системы автотранспортного предприятия / З. Е. Конакбай, А. Б. Алимбе-кова // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. - 2013. - № 2(81). - С. 99-101.
8. Мочалин, М. С. Совершенствование оперативного планирования перевозок грузов в автотранспортных системах: новый подход / М. С. Мо-чалин, Е. А. Кухарев // International Journal of Advanced Studies. - 2019. - Т. 9. - № 1. - С. 7-25. -DOI 10.12731/2227-930X-2019-1-7-25.
9. Разумов, Д. С. Алгоритмы управления потоком автотранспорта в городских условиях / Д. С. Разумов, М. Ю. Катаев, А. А. Шелестов // Вестник современных исследований. - 2018. - № 6.1(21). -С. 471-473.
10.Седых, И. А. Сети петри для имитационного моделирования процесса формирования транспортных потоков на группе перекрестков / И. А. Седых, Д. С. Демахин // Вести высших учебных заведений Черноземья. - 2018. - № 3(53). - С. 58-72.
сч о сч
Modeling of a vehicle management system under uncertainty Kozlov A.V.
Tyumen Industrial University
JEL classification: D20, E22, E44, L10, L13, L16, L19, M20, O11, O12, Q10, Q16, R10, R38, R40, Z21, Z32
At the present stage of development of urban passenger transport, one of the most important tasks is to create a system of urban passenger transport focused on meeting the interests of society in quality service. The priority is to reduce environmental damage and provide high-quality service to transport users on the route, using certain parameters of the quality of passenger transportation. The lack of the necessary level of consistency and dynamism in the conduct of activities in the field of passenger transportation gives grounds to assert the need to develop appropriate theoretical, methodological and organizational provisions. One of the factors of ensuring the regulated functioning of passenger routes in the city is to conduct appropriate modeling to find and determine the best options for transportation on the route and forecasting environmental damage based on real emissions of harmful substances into the atmosphere, thereby minimizing this damage, which will make it possible to make passenger transportation the most comfortable from the point of view of passenger users and to ensure the settlement of transportation by an entrepreneur-carrier. Keywords: Modeling, system, management, development, transport. References
1. Bagutdinov, R. A. Development of a unified centralized system for
managing traffic flows / R. A. Bagutdinov, D. V. Bezhuashvili // Transport technician: education and practice. - 2021. - T. 2. - No. 1. - S. 71-77. -DOI 10.46684 / 2687-1033.2021.1.71-77.
2. Berisheva, ED Modeling and management of the development of the public
transport system in a small city / ED Berisheva // Mathematical methods in engineering and technology - MMTT. - 2015. - No. 3 (73). - S. 103110.
3. Ganin, RA Comparative analysis of dynamic models of mobility systems of
vehicle and special equipment simulators / RA Ganin, DV Kazunin // Intelligent systems in production. - 2017. - T. 15. - No. 1. - S. 60-65. -DOI 10.22213 / 2410-9304-2017-1-60-65.
4. Dryuchin, DA Evaluation of the effectiveness of measures to improve the
urban street-road network based on the results of simulation / DA Dryuchin, MR Yanuchkov // Intellect. Innovation. Investments. - 2019. -No. 4. - S. 90-97. - DOI 10.25198 / 2077-7175-2019-4-90.
5. Evtukhova, ES Combined algorithm for modeling the motion of a dynamic
object in a limited space / Es Evtukhova // Youth scientific and technical bulletin. - 2016. - No. 9. - P. 55.
6. Evtukhova, E. S. Combined algorithm for modeling the motion of a dynamic
object in a limited space / E. S. Evtukhova // Technologies of engineering and information systems. - 2016. - No. 2. - S. 62-70.
7. Konakbay, ZE Methodology for assessing the development of the
micrologistic system of a motor transport enterprise / ZE Konakbay, AB Alimbekova // Bulletin of the Kazakh Academy of Transport and Communications. M. Tynyshpaeva. - 2013. - No. 2 (81). - S. 99-101.
8. Mochalin, M. S. Improving the operational planning of cargo transportation
in road transport systems: a new approach / M. S. Mochalin, E. A. Kukharev // International Journal of Advanced Studies. - 2019. - T. 9. -No. 1. - P. 7-25. - DOI 10.12731 / 2227-930X-2019-1-7-25.
9. Razumov, D. S. Algorithms for traffic flow control in urban conditions / D.
S. Razumov, M. Yu. Kataev, A. A. Shelestov // Bulletin of modern research. - 2018. - No. 6.1 (21). - S. 471-473.
10. Sedykh, IA Petri nets for imitating the process of forming traffic flows at a group of intersections / IA Sedykh, DS Demakhin // Vesti vysshikh educational institutions of the Chernozem region. - 2018. - No. 3 (53). -S. 58-72.
О Ш
m x
<
m о x
X
