CC BY
35
УДК 621.396
УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ ПРИ ЗИМНЕМ СОДЕРЖАНИИ РЕГИОНАЛЬНОЙ
СЕТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
В.Е. Белоусов, Т.В. Самодурова, В.Н. Шарапова
В статье рассматриваются способы решения задач перспективного планирования и прогнозирования потребляемых ресурсов для систем сетевого планирования и управления, в которых работы подвержены влиянию случайных воздействий; принимается, что продолжительность работ сетевой модели является случайной величиной
Ключевые слова: план, согласование, проект, цикл
Введение
Федеральная целевая программа развития автомобильных дорог определяет основные направления дорожной политики, среди которых особое внимание уделяется интеграции дорожной сети России в Европейскую и Азиатскую дорожнотранспортные системы, повышению технического уровня существующих дорог путем их модернизации и улучшения уровня обслуживания пользователей дорог за счет развития услуг дорожного сервиса .
Социально-экономическим критерием качества автомобильных дорог является возможность для пользователей круглогодичного и круглосуточного безопасного проезда по дорогам с расчетными скоростями, нагрузками и минимальными затратами. Особенно остро задача обеспечения непрерывного и безопасного проезда по сети дорог стоит в зимний период. Своевременное и качественное проведение работ по содержанию дорог обеспечивает определенный уровень сервиса для их пользователей. Для оперативного управления ресурсами и работами по зимнему содержанию дорог за рубежом широко используются системы автоматизированного управления движением, информационные технологии, развиваются интеллектуальные транспортные системы [1]. Эти объекты инфраструктуры не получили пока широкого распространения в России и задачи совершенствования управления дорогами являются актуальными.
Постановка задачи
При решении задач управления ресурсами автомобильную дорогу следует рассматривать как элемент сложной системы ВАДС (Водитель - Автомобиль - Дорога - Среда), системные связи в которой определяются:
- управлением автомобильными дорогами через формирование программы управления, нормативы на зимнее содержание, выделяемые ресурсы;
Белоусов Вадим Евгеньевич - ВГАСУ, канд. техн. наук, профессор, тел. (4732) 76-40-07
Самодурова Татьяна Васильевна - ВГАСУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 76-40-07 Шарапова Вера Николаевна - ВГАСУ, аспирант, тел. (4732) 76-40-07
- службой содержания автомобильных дорог с ее ресурсами, технологиями и уровнем организации работ по содержанию сети дорог;
- специализированным информационным обеспечением, определяющим сбор и переработку информации для принятия управленческих решений;
- экологическими требованиями, которые регламентируются законодательством и выступают в качестве ограничений при производстве работ с применением химических реагентов для борьбы с зимней скользкостью.
Общая характеристика процессов управления зимним содержанием региональной сети дорог может быть представлена следующим описанием
Рассмотрим существующую трехуровневую систему управления дорожным хозяйством и организационную структуру управления процессами содержания дорог, приведенную на рисунке. На ее основе определим круг задач по управлению содержанием сети дорог и взаимодействующие с ней подсистемы.
Организационная структура системы управления содержанием автомобильных дорог
На I уровне осуществляется управление дорожным хозяйством в целом и решаются задачи стратегического управления, среди которых отметим:
- выработка технической политики в области зимнего содержания дорог;
- создание нормативно-технической базы;
- определение основных принципов финансирования и выделение финансовых средств на зимнее содержание дорог;
- организация системы подготовки и переподготовки кадров.
Каждая из задач, решаемых на этом уровне, влияет на эффективность управления зимним содержанием дорог в целом. На решение задачи финансирования работ по зимнему содержанию дорог и приобретение необходимых ресурсов наибольшее влияние оказывает информация о внешней среде. Она должна адекватно отражать цикличность проведения работ и использоваться при выборе технологии проведения работ.
Реализация принятых решений происходит на нижних уровнях управления. Выделяемые ресурсы распределяются между подрядными организациями на II уровне управления. На этом же уровне проводится стратегическое и оперативное управление зимним содержанием подведомственной сети автомобильных дорог в соответствии с действующими нормативными документами. Оно включающее в себя решение следующих задач:
- организация работ по обеспечению безопасного и бесперебойного движения автомобильного транспорта;
- оценка потребностей в материальнотехнических ресурсах;
- обеспечение надзора за соблюдением норм и правил;
- контроль освоения финансовых средств и качества выполненных работ.
III уровень управления - уровень подрядных организаций, на котором выполняются работы по зимнему содержанию дорог и расходуются ресурсы. Производится выбор определенной стратегии проведения работ в зависимости от погодных условий и имеющихся ресурсов. Основная цель проведения работ - обеспечение безопасности дорожного движения и заданного уровня содержания.
При решении этих задач используются финансовые, материально - технические, трудовые и информационные ресурсы.
Как в любой децентрализованной системе большое влияние на эффективность управления работами нижестоящего уровня управления оказывают решения, принимаемые на вышестоящем уровне.
Ограничения на работу системы накладываются со стороны материально-технических ресурсов. Особая роль при проведении работ по содержанию принадлежит технике с ее производительностью, возможностью гибко реализовать те или иные технологические операции, регулировать нормы распределения противогололедных реагентов.
Внешняя среда оказывает возмущающее воздействие на систему в целом. Контроль за состоянием параметров внешней среды и прогноз их
изменения позволяют принимать управленческие решения, адекватные сложившимся и ожидаемым погодным условиям. В связи с этим, информационное обеспечение очень важная взаимодействующая подсистема, основная задача которой состоит в обеспечении процессов управления информационными ресурсами. Уровень развития этой подсистемы, надежность, качество и пригодность предоставляемой информации оказывает большое влияние на выходные параметры системы, через которые можно оценить эффективность принятых решений:
- соответствие уровня содержания дороги требованиям нормативных документов;
- безопасность дорожного движения;
- фактические затраты ресурсов на зимнее содержание дорог,
- скорость движения транспортных потоков;
- экологическое состояние придорожной
полосы.
Теоретический анализ
Математическая модель ситуации принятия управляющего решения представляет собой множество соотношений, которые связывают управляющие воздействия (и), параметры задачи (X) и возмущающие воздействия (Ъ) с выходными параметрами (У). Она описывается отображением вида [2]:
3 : X х И х Ъ^- У (1)
Учитывая цель проведения работ по зимнему содержанию дорог, задача управления может быть поставлена следующим образом. Пусть имеется определенная операция по управлению зимним содержанием региональной сети дорог ие И.
Все факторы, от которых зависит выбор операции, и эффективность ее реализации разделим на три группы:
- параметры задачи х1, х2, ... , заранее заданные факторы, на которые нельзя оказывать влияние в процессе управления;
- параметры управления и1, и2, ..., которые могут быть выбраны в известных пределах (параметры решения);
- неизвестные условия - внешние воздействия окружающей среды 71, 72,
На конечный исход этой операции можно влиять, выбирая некоторые параметры {и!}. Эффективность операции для выбранного решения оценим с помощью целевой функции которая имеет количественное выражение, и может быть вычислена при любом принятом решении и при любых условиях, в которых проводится операция.
Из-за неопределенности параметров внешней среды, задача выбора решения может иметь следующую формулировку [3]: при заданных параметрах задачи х1, х2, ., с учетом неизвестных факторов 7Ь 72, ... найти такие параметры управления и1, и2, . , которые по возможности оптимизируют показатель эффективности:
W = ”Щхь х2, ..., и1; и2, ..., 7Ь ...) (2)
На процесс принятия управляющих воздействий накладываются ограничения со стороны параметров задачи в виде ресурсов. Ограничения накладываются и на значения выходных параметров в виде нормативных требований к уровню содержания дорог.
Известны два оценочных показателя - фактическая экономическая эффективность, которая подсчитывается на основе конкретных статистических данных или опросов, и потенциальная экономическая эффективность, подсчитываемая на основе теоретического анализа специально построенной математической модели.
Для количественной оценки реакции различных стратегий производства работ на погодные воздействия предлагается специальная метеороло-го-экономическая модель, отражающая возможные потери при неблагоприятных погодных условиях и позволяющая оценить результаты управления.
Так как внешние воздействия носят неопределенный характер, поиск оптимального управляющего воздействия будем вести с использованием методов теории исследования операций (ИСО) и выбор математической модели сделаем в классе задач принятия решения в условиях неопределенности. При выборе такого решения риск дорожной организации принять неправильную стратегию будет зависеть от качества метеорологических информационных ресурсов (специализированных
прогнозов погоды и их оправдываемости), а также от полноты и эффективности использования этой информации при выборе управляющего воздействия.
Управление в условиях неопределенности предполагает поиск единственного решения или стратегии из множества допустимых. Последствия принятия решения и его эффективность оценим с помощью функции потерь, отражающей зависимость потерь от двух аргументов - принятого решения и сложившейся погодной ситуации.
Дороги являются составной частью единой транспортной системы России, и в то же время государственная служба дорожного хозяйства является специфической отраслью экономики, оказывающей услуги пользователям дорог. При этом дорожные организации постоянно затрачивают выделяемые им ресурсы на содержание сооружений. Результат их деятельности реализуется в работе автотранспорта в виде создания условий для бесперебойного, безопасного движения с расчетными скоростями во все периоды года и при любых погодных условиях. Таким образом, оценка эффективности работы дорожной организации возможна только на основе определения экономического эф-
фекта от потребления созданной продукции, а результаты работ зависят как от уровня содержания дорог (качество продукции дорожников), так от интенсивности, состава движения по дорогам (уровня ее потребления). Это отличает дорожнотранспортный комплекс от морского, железнодорожного транспорта и авиации, которые являются владельцами транспортных средств и, одновременно, обеспечивают организацию их безопасного функционирования. Эффект в дорожных организациях может проявиться только в снижении ресурсов на содержание дорог, которое возможно при переходе на профилактику (предупреждение) воздействия неблагоприятных погодных факторов на условия движения, т. е. на новые технологии содержания дорог, при использовании более производительной техники и более дешевых и эффективных противогололедных материалов.
Для оценки эффективности принятия управленческих решений введем обобщенный показатель, позволяющий выразить в денежном выражении все потери (ПСПУ ), которые имеют место при сложных погодных условиях Разделим их на две составляющие - затраты дорожных организаций (ЗдО ), и потери в экономике государства от неудовлетворительных дорожных условий, к которым отнесем потери от снижения скорости движения на скользком покрытии (Пу ), возможные потери от дорожно-транспортных происшествий (ПдТП), экологический ущерб, наносимый окружающей среде (Пэк):
ПСПУ =ЗДО +ПУ +ПДТП +ПЭК (3)
Все составляющие в формуле (3) будут зависеть от погодных условий, применяемых стратегий производства работ и времени нахождения покрытия в условиях зимней скользкости. Их можно выразить в виде расчетных формул, учитывающих как принятые управляющие воздействия, так и выходные параметры системы.
Потери от снижения скорости движения транспортных средств определяются по формуле:
" 1 1
П V = £^Щ— - —) (4)
м ^ Ус
где SJ - стоимость 1 авт-ч работы ]-ой марки автомобиля, р; N - интенсивность движения, авт/ч; Ь -протяженность участка дороги, км; 1 - время нахождения покрытия в условиях зимней скользкости, ч; V - скорость транспортного потока для ! -го состояния покрытия (с различным коэффициентом сцепления), км/ч; V; - то же для сухого состояния покрытия, км/ч.
Возможные потери от дорожно-
транспортных происшествий при различном состоянии дорожного покрытия могут быть рассчитаны по формуле:
пдтп = Ъ - А (5)
где Ъ - возможное число ДТП на 1 млн-авт-км; А -ущерб от одного ДТП.
Ущерб от одного ДТП при различных состояниях дорожного покрытия рассчитывается по формуле [4]:
A = t а ПСР m N L, (6)
где aj - удельный вес ДТП, зависящий от состояния покрытия, на 1 млн-авт-км; ПСР - средние потери от ДТП; m - коэффициент тяжести ДТП; N - интенсивность движения, авт/ч.
Экологический ущерб, наносимый окружающей среде в процессе производства работ по зимнему содержанию и при движении транспортных потоков складывается из ущерба от загрязнения окружающей среды противогололедными материалами и ущерба от выбросов автотранспортных средств:
ПЭК = УПГМ + УВЫБР (7)
В общем виде экологический ущерб рассчитывается по формуле [5]:
У = у ст f mB Ai , (8)
где у - коэффициент, переводящий бальную оценку в стоимостную; ст - коэффициент, оценивающий состав реципиентов, на которые воздействует вредное вещество (определяется по специальным таблицам); f - безразмерный коэффициент, оценивающий рассеивание примесей ; тв - общее количество выбросов, т; A1 - коэффициент относительной агрессивности загрязняющего вещества.
Расчетные формулы (3) - (8) - математические модели, которые позволяют количественно оценить эффективность выбранной стратегии производства работ по зимнему содержанию дорог. Введем эти формулы в специальные математические метеоролого-экономические модели (МЭМ), учитывающие специфику технологий проведения работ и имеющиеся ресурсы.
Совокупность стратегий дорожной организации - конечное, дискретное множество, для каждого из элементов которого можно рассчитать потери в зависимости от метеорологических условий. Несмотря на то, что множество погодных условий Z непрерывно, для решаемой задачи его также можно представить в дискретном виде. Для оценки состояния дорожного покрытия оно может быть представлено двумя состояниями (наличие скользкости и ее отсутствие). Выбор норм распределения противогололедных материалов в зависимости от температуры воздуха или дорожного покрытия можно представить через пороговые значения этих параметров, при переходе через которые, изменяется числовое значение нормы распределения. Дискретным целочисленным множеством является количество циклов патрульной снегоочистки и количество машин, проводящих снегоуборочные работы.
При дискретной постановке задачи функция МЭМ запишется в виде прямоугольной матрицы с количеством строк равным возможному коли-
честву состояний погодных факторов и столбцов -числу возможных стратегий.
В дискретной постановке задача формулируется следующим образом: пусть дорожная организация имеет т возможных стратегий зимнего содержания дорог ^ , каждая из кото-
рых соответствует определенным погодным условиям, имеющимся ресурсам и состоянию дорожного покрытия. Погодные условия характеризуются п состояниями Бь Б2, . . ., Бп.
При каждом сочетании «стратегия - погодные условия» (^ » ^) , будут иметь место определенные затраты дорожных организаций на проведение работ и потери в экономике государства, представленные расчетными формулами (3) - (8). Обозначив эту величину через S1J , для каждой стратегии и погодных условий составим платежную матрицу:____________________________________
F / d di d2 dm
Fi Sii Si2 Sim
F2 S2i S22 S2m
Fn Sni Sn2 S tJ>nm
Для альтернативной ситуации: наличие скользкости или ее отсутствие, матрица потерь имеет размерность 2 х 2 и может быть представлена в виде:
Метеорологические условия / состояние дорожного покрытия Выбранная стратегия
di d2
Б1 (наличие скользкости) Sii Si2
Б2 (отсутствие скользкости) S2i S22
В общем случае в матрице потерь элементы имеют следующий смысл:
Sll - суммарные потери, складывающиеся из затрат на проведение защитных мероприятий и непредотвратимых потерь от осуществившегося опасного погодного явления;
521- затраты дорожной организации на защитные (профилактические) мероприятия;
S12- суммарные потери при внезапном возникновении опасного погодного явления, когда защитные мероприятия предварительно не применялись;
522- потери при отсутствии опасного погодного явления ^22 =0).
Результаты
С использованием предложенных моделей проведены расчеты для оценки эффективности управленческих решений при альтернативных ситуациях - выборе технологий для борьбы с зимней скользкостью.
Эффективность оценивалась с использованием числовых значений платежных матриц.
Экономический эффект ( ДЭ ) от принятия оптимального по погодным условиям решения при управлении работами по зимнему содержанию можно оценить уменьшением потерь по сравнению
с базовым вариантом, который не предусматривает учет погодных условий.
ДЭ = Sl2-Sll = ДЭд+ДЭп, (9)
где ДЭд - эффект дорожной организации - сокращение затрат и ресурсов на зимнее содержание дорог; ДЭП,- эффект в экономике государства и у пользователей дорог, который будет складываться из увеличения скорости движения за счет сокращения времени нахождения покрытия в условиях зимней, уменьшения количества дорожнотранспортных происшествий, а также уменьшения загрязнения придорожной полосы хлоридами и снижения уровня выбросов автотранспорта/
Эффект в экономике государства и у пользователей дорог будет зависеть от интенсивности движения на автомобильной дороге (К, авт/сут). Для его расчета получены линейные уравнения регрессии, описывающие эту составляющую эффекта с достаточной для решения практических задач точностью.
Экономический эффект для одного случая образования скользкости для 1 километра дороги, посчитанный в базисных ценах 1990 года составит: Для ликвидации гололедицы ДЭд = 30,71 р, для ликвидации снежного накатаДЭд = 68,34 р.
Соответственно, уравнения регрессии представлены следующими соотношениями
ДЭП = 0,007М - 0,02, (10)
ДЭП = 0,023М - 1,08. (11)
Полученные модели позволяют также оценить адаптивность различных технологий проведения работ к погодным воздействиям и обосновать информационные ресурсы, необходимые для принятий по их выбору.
Литература
1. Виленский П. Л. Как рассчитать эффектив-
ность инвестиционного проекта. Расчет с комментариями. / П. Л. Виленский, С. А.Смоляк; Под ред.
В.Н.Лившица. - М.: Информэлектро, 1996. - 462с.
2. Воронов К.И. Коммерческая оценка инвестиционных проектов Основные положения методики / К.И.Воронов. - СПб.: Питер, 2001.- 406 с.
3. Вяткин В.Н. Принятие финансовых решений в управлении бизнесом/ /В.Н. Вяткин, Д.Д. Хэмптон, А.Ю.Казак.— Екатеринбург: ЗАО «Издательский дом «ЯВА», 1998.-387с.
4. Баркалов С.А., Бурков В.Н., Гилязов Н.М. Методы агрегирования в управлении проектами. М.: ИПУ РАН, 1999. - 55 с.
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
RESOURCE MANAGEMENT AT THE WINTER MAINTENANCE OF THE REGIONAL
NETWORK OF HIGHWAYS
V.E. Belousov, T.V. Samodurova, V.N. Sharapova
In clause ways of the decision of problems of forward planning and forecasting of consumed resources for systems of network planning and management in which works are considered are subject to influence of casual influences is accepted, that duration of works of network model is a random variable
Key words: the plan, the coordination, the project, a cycle
