Розробка раціонального варіанту пасажирської маршрутної системи м. Куп"янська та прилеглих територій

Харківський національний автомобільно-дорожній університет Факультет транспортних систем Кафедра транспортних систем і логістики

Пояснювальна записка

до дипломної роботи

РОЗРОБКА РАЦІОНАЛЬНОГО ВАРІАНТУ ПАСАЖИРСЬКОЇ МАРШРУТНОЇ системи М. КУП’ЯНСЬК ТА ПРИЛЕГЛИХ ТЕРИТОРІЙ

Завідувач кафедри д-р техн. наук, проф. П.Ф. Горбачов

Нормоконтролер канд. техн. наук, доцент Є.В. Любий

Керівник канд. техн. наук, доцент П.Ф.Горбачов

Студент гр. ТС-42 В.В. Попова

Харків 2013

ЗМІСТ

Вступ

1. Обґрунтування вибору теми

1.1 Обґрунтування актуальності теми дослідження пасажирської маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій

1.2 Структурно — логічна схема оцінки ефективності функціонування маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій

1.3 Аналіз критеріїв оцінювання ефективності маршрутної мережі

1.4 Аналіз існуючих методів моделювання маршрутної системи

1.5 Аналіз існуючих методів формування матриць кореспонденцій

1.6 Визначення мети і задач дослідження

1.7 Висновки по розділу

2. Теоретичні дослідження методів підвищення ефективності маршрутних перевезень пасажирів

2.1 Структура пасажирської маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій

2.2 Обґрунтування критерію ефективності перевезень пасажирів маршрутним транспортом в місті Куп’янськ та прилеглих територій

2.3 Розробка методики проведення обстеження пасажиропотоків

2.4 Висновки по розділу

3. Моделювання пасажирської маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій в середовищі VISUM

3.1 Складання моделі маршрутної мережі міста Куп’янськ та прилеглих територій

3.2 Моделювання потреб населення у пересуваннях

3.3 Формування матриці кореспонденцій за допомогою гравітаційної моделі

3.4 Оцінка точності моделювання пасажиропотоків на мережі

3.5 Висновки по розділу

4. Охорона праці в галузі

4.1 Завдання страхування від нещасного випадку. Принципи та види страхування

4.2 Висновки по розділу

5. Розрахунок параметрів раціональної маршрутної системи та оцінка її ефективності

5.1 Методика формування раціонального варіанту маршрутної мережі

5.2 Оцінка ефективності раціонального варіанту пасажирської маршрутної системи

5.3 Висновки по розділу Висновки Перелік посилань Додаток А. Анкети дослідження пасажиропотоків на автобусних маршрутах Додаток Б. Матриця кореспонденцій Додаток В. Матриця витрат часу на переміщення пасажирів на мережі

ВСТУП Пасажирський транспорт є найважливішим елементом сфери обслуговування населення, без якого неможливо нормальне функціонування суспільства. Він покликаний задовольняти потреби населення в пересуваннях, які викликані виробничими відносинами та потребою людини у відпочинку.

Особливе місце в загальній структурі пасажирського транспорту займає міський пасажирський транспорт (МПТ), що пояснюється безупинним підвищенням ролі міст у житті суспільства, викликаного суспільним поділом праці та концентрацією виробництва. По статистичним даним кожний шостий мешканець планети проживає в містах з населенням понад один мільйон чоловік. Життя сучасного міста неможливо представити без розвинутої системи МПТ, рівень розвитку й ефективність роботи якої багато в чому визначає умови життя людини і впливає на ефективність їхньої роботи на основному виробництві. У силу цього, місто з його планувальною структурою, транспортною мережею, сферою суспільного виробництва і населення повинно розглядатися як єдина система з погляду поліпшення роботи МПТ.

Одним з основних напрямків удосконалення функціонування МПТ є створення науково обґрунтованої маршрутної системи в місті, що дозволить найбільш ефективно використовувати наявні ресурси для задоволення потреби суспільства в міських пасажирських перевезеннях.

В даній роботі розглядаються питання щодо розробки раціональної маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій Харківської області.

В першу чергу виникає необхідність у розробці структурно — логічної схеми процесу дослідження, обґрунтується необхідність займатися темою дослідження, актуальність обраної теми. Поведеться огляд поточного стану питань, що пов’язані з розробкою маршрутних систем; огляд літературних джерел; сформульовано робочу гіпотезу, мету та задачі дослідження. Також проаналізуються критерії ефективності функціонування маршрутної системи, існуючі методи моделювання маршрутних систем та методи формування матриць кореспонденцій.

В другому розділі буде визначена та узагальнена існуюча інформація про об'єкт дослідження, описано критерій ефективності функціонування маршрутної мережі, підтверджено доцільність використання математичних методів моделювання, розглядатимуться джерела отримання первинної інформації.

В третьому розділі описуватиметься процес розробки та моделювання транспортної моделі за допомогою програмного продукту PTV VISION VISUM. Моделюватимуться основні елементи маршрутної мережі з метою досягнення максимально наближеної моделі до реального об'єкту. На основі нового підходу проведення обстеження буде отримана матриця трудових переміщень в годину «пік» міста Куп’янськ та прилеглих територій. Поведеться розподіл пасажиропотоків та перевірка моделі на адекватність за допомогою відносної похибки пасажиропотоків.

В четвертому розділі будуть розроблені рекомендації щодо розробки раціонального варіанту маршрутної мережі та визначено середні значення часу переміщення пасажирів для вихідного та запропонованих варіантів маршрутної мережі міста Куп’янськ Харківської області.

1. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТЕМИ

1.1 Обґрунтування актуальності теми дослідження пасажирської маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій МПТ забезпечує основну частину трудових поїздок населення, безпосередньо впливаючи на ефективність функціонування системи міського господарства, підприємств, організацій, установ та всіх галузей економіки регіонів й країни.

Транспортні системи повинні забезпечувати якість життя та розвитку міст, тому їх детальне теоретичне розглядання є важливою і актуальною задачею.

Першочерговий інтерес являють собою технології та алгоритми оцінки території міст, з точки зору їх можливості задовольняти транспортний попит. Саме територіальні обмеження визначають можливості розвитку й збільшення якості життя людей.

Відсутність системи координат для оцінки якості, а також ефективності функціонування транспортних систем міст пояснюється, в частості, відсутністю достовірних інструментів оцінки попиту на послуги транспорту, який дозволить вийти на кількісні оцінки ефективності, наприклад, витрат на функціонування транспортної системи, потреб суспільства та ступеня їх задоволення при наявності обмежень[2].

Для підвищення ефективності функціонування МПТ найбільш дійсним методом є раціональна маршрутизація перевезень, що складається в розрахунку нових трас і потужностей маршрутів. Рішення цієї задачі дозволяє істотно поліпшити показники роботи транспорту і підвищити якість обслуговування пасажирів.

Вирішення багатьох транспортних завдань залежить від ефективності автобусної мережі, адже сукупність маршрутів пасажирських перевезень на транспортній мережі пов’язана територіально і в часі. Створення матеріальної мережі або вдосконалення діючої являє собою одну з важливих проблем в організації пасажирських перевезень тому, що від рівня її формування значною мірою залежить ефективність використання транспортних засобів та якість транспортного обслуговування. На даний час існує чотири основних підходи для вирішення зазначеної задачі:

— розробка нових маршрутних мереж МПТ;

— вдосконалених існуючих маршрутних мереж МПТ;

— оптимізація структури парку рухомого складу;

— оптимізація графіків руху автобусів.

Питання сьогодення направлені на вирішення складних проблем, які виникають у різних сферах виробничої діяльності людини, для покращення соціального та економічного стану населення у різних регіонах країни. Транспорт не є виключенням, особливо це стосується міського пасажирського транспорту. Сучасні системи маршрутного пасажирського транспорту в українських містах були створені, ще за часів радянської епохи. Раціональні варіанти маршрутів обирались із урахуванням економічних показників роботи підприємств та не враховували соціальні наслідки транспортного процесу для суспільства. Тому процес вибору оптимального варіанту маршрутної мережі не був формалізований та проходив на основі досвіду та інтуїції дослідника[1].

Аналогічна ситуація характерна і для малих міст України, які складають 86% від загальної кількості міст. Тенденції розвитку маршрутного пасажирського транспорту мають спільний характер для всіх українських міст, різниця між містами полягає лише в конкретній реалізації цих тенденцій в умовах конкретного міста.

1.2 Структурно — логічна схема оцінки ефективності функціонування маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій Структурно-логічна схема відображає основні етапи дослідження та зв’язків між ними (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Структурно — логічна схема проблеми

Оцінка ефективності функціонування маршрутної мережі міського пасажирського транспорту міста Куп’янськ та прилеглих територій включає до себе наступні схеми дослідження:

— дослідження процесу функціонування МПТ;

— теоретичні дослідження;

— розробка моделі маршрутної мережі МПТ м. Куп’янськ та прилеглих територій;

— аналіз результатів дослідження.

Кожний з етапів включає в себе декілька складових, які між собою взаємопов'язані, та разом вони складаються в логічну схему дослідження. Результатом даної схеми є розробка практичних рекомендацій з поліпшення якості обслуговування пасажирів.

1.3 Аналіз критеріїв оцінювання ефективності маршрутної мережі

Оцінка ефективності функціонування маршрутної мережі міського пасажирського транспорту (ММ МПТ) являється основною задачею під час вибору її раціонального варіанту. Чимала кількість можливих варіантів розвитку системи потребує формалізації процесу вибору раціонального варіанту, який не є можливим без використання критерію ефективності ММ МПТ.

Проблемами маршрутизації та вибору оптимальної моделі ММ займаються як зарубіжні так і вітчизняні вчені. Однак, бачення визначення оцінки якості функціонування дещо різняться. Основною задачею зарубіжних вчених вважається створення точної моделі процесу функціонування, а питання оцінки ефективності варіантів розвитку системи суспільного транспорту покладається на експертів. Вітчизняні вчені базують свої висновки на конкретних показниках, які виступають у якості критерію, але виділяють іншу групу показників, що виступають в якості обмеження.

Для транспортного процесу перевезень пасажирів характерним є різноманітність його впливу на життя міста, який може характеризуватися більш ніж п’яти десятком показників, серед яких виділяються соціальні, економічні, технічні, демографічні, екологічні та естетичні наслідки реалізації транспортного процесу. Оцінка ефективності функціонування та формування ММ МПТ представляє собою складну багатокритеріальну задачу, в якої фігурують дві суперечливі групи показників. З одного боку це економічні показники використання рухомого складу МПТ, з іншого — показники, що характеризують рівень якості обслуговування пасажирів. Така неоднозначність привела до появи досить великої кількості підходів до оцінки ефективності функціонування ММ, розроблених вченими. Найбільш загальний підхід полягає у виділенні в якості критерію однієї групи показників і облік інших в якості обмеження [2−5].

Має місце у визначенні маршрутизації використання не одного, а декількох критеріїв, послідовно оптимізуючи кожен із них [5, 6, 7]. Наприклад, на першій стадії спеціальним чином відбираються транспортні райони, які повинні охопити усю територію міста, для включення їх в маршрути, потім формується безліч конкурентоздатних маршрутів, шляхом визначення порядку проходження районів. Траса маршруту визначається спочатку виходячи з вимоги забезпечення мінімуму часу поїздки пасажирів, потім з вимоги мінімуму нерівномірності пасажиропотоків, що повинне забезпечувати максимальну ефективність використання рухомого складу на маршрутах. Ці вимоги вельми суперечливі, і навряд чи вдасться знайти прийнятний компроміс між ними без точних вагових оцінок кожного критерію. Проте такий підхід не завжди може гарантувати отримання дійсно оптимального рішення.

Формувати ММ можливо послідовно оптимізуючи такі показники, як сумарний час пересування пасажирів, кількість рухомого складу на максимально завантаженій ділянці маршруту, вартість поїздок і будівельно-експлуатаційні витрати транспорту. Отримані на попередньому етапі розрахунку результати використовуються як обмеження при оптимізації наступного критерію. Такий підхід, можливо, приведе до знаходження компромісу між параметрами, що оптимізуються, проте далеко не гарантує отримання дійсно раціональної ММ, оскільки в такій постановці втрачається сенс існування ММ МПТ — задоволення потреб суспільства в перевезеннях пасажирів.

Досить зрозумілим і доступним є метод, при якому пропонується оцінювати якість обслуговування пасажирів, порівнюючи значення складових часу пересування, коефіцієнта непрямолінійності пересувань, коефіцієнта пересадочності, коефіцієнта комфортабельності з їх «ідеальними» значеннями. Такий підхід також не дозволяє отримати кількісну оцінку ефективності ММ і якості обслуговування пасажирів.

Перед кожним пасажирським АТП чи організацією стоїть завдання підвищення якості обслуговування населення та ефективності використання рухомого складу. Якість обслуговування населення пасажирським транспортом має соціальне та економічне значення.

— визначено основні напрями підвищення якості та ефективності використання рухомого складу:

— значне поліпшення перевезень працівників на роботу і з роботи, а також перевезень у сільській місцевості;

— суворе дотримання графіків руху пасажирського транспорту;

— розширення маршрутної мережі;

— поліпшення обслуговування перевезеннями дітей і т.д.

Основними причинами, що викликають недоліки в організації обслуговування населення є:

— незадовільна організація технічного обслуговування і ремонту рухомого складу;

— недостатня насиченість маршрутної мережі автобусами;

— слабке використання передових методів організації транспортного процесу на лінії;

Основні завдання управління якості є:

— розробка нормативів якості;

— визначення й уточнення вимог до якості перевезень стосовно даному місту на основі поліпшення росту вимог до якості і досягнень у галузі управління якістю;

— планування підвищення рівня якості;

— розробка організаційно-технічних заходів з удосконалення транспортного виробництва на всіх його ділянках з метою досягнення встановлення нормативів якості;

— розвиток і постійне вдосконалення виробничо-технічної бази для забезпечення високої експлуатаційної надійності рухомого складу;

— моральне і матеріальне стимулювання підвищення якості праці окремих працівників і колективу підприємства в цілому;

— забезпечення оперативної інформації про ефективність та якість праці на всіх ділянках виробництва, аналіз цієї інформації для виявлення відхилень від нормативів і усунення причин, що викликають відхилення;

— контроль за реалізацією розроблених заходів.

1.4 Аналіз існуючих методів моделювання маршрутної системи Нині неможна назвати сферу людської діяльності, в якій би з тим чи іншим ступенем не використовувались методи моделювання. Особливо це стосується сфери транспорту, де основними є процеси прийняття рішення для підвищення якості обслуговування на основі отриманої інформації.

Під моделлю розуміють штучну систему, що відображає з визначеним ступенем точності основні властивості об'єкта, що вивчається.

Заміщення одного об'єкта іншим із з метою здобуття інформації про важливіші властивості об'єкта — оригіналу за допомогою об'єкта — моделі називається моделюванням. Таким чином, моделювання полягає в заміні об'єкта моделлю з метою дістати інформацію про цей об'єкт, використовуючи експерименти з його моделлю. Якщо результати моделювання підтверджуються і можуть бути основою для прогнозування процесів, що відбуваються в об'єкті - оригіналі, то модель адекватна об'єктові.

Для подальшого розрахунку обраного об'єкта необхідно вибрати метод дослідження. В сучасній науці виділяють (табл.1.1):

— математичне моделювання;

— імітаційне моделювання;

— статистичне моделювання.

Таблиця 1.1 — Недоліки та переваги методів моделювання

Від усіх методів моделювання математичне відрізняються тим, що засобом використання моделей та їх вивчення є формально-логічний апарат математики. Звідси найважливіша перевага — можливість кількісного аналізу моделей за допомогою сучасних математичних методів. Важливою перевагою математичних моделей є універсальність мови математики, можливість використання одних й тих же моделей для дослідження різних систем. За допомогою математичних моделей можливо отримувати результати, які відносяться не до окремої конкретної реалізації, яка відповідає визначним початковим даним та фіксованим значенням параметрів, системи, що досліджуємо, а багатьом можливим варіантам поведінки системи. Математична модель об'єкту повинна дозволяти розрахувати значення критерію ефективності в залежності від значень характеристик активних елементів системи. Для кожної залежності в моделі повинні бути визначені умови її застосування. Кожна залежність в моделі будується на допущення.

Серед методів прикладного системного аналізу імітаційне моделювання є самим потужним інструментом дослідження складних систем, керування яких пов’язано з прийняттям рішень в умовах невизначеності. У порівнянні з іншими методами таке моделювання дозволяє розглядати більшу кількість альтернатив, поліпшувати якість управління рішень, точніше прогнозувати їхні наслідки. Його мета — допомогти дослідникам глибше зрозуміти поки ще погано сформульовані процеси розробленої робочої моделі, її реалізацію, а також інтерпретації результатів моделювання. Воно дає змогу користувачеві експериментувати з системами (існуючими або припущеними) в тих випадках, коли робити це на реальному об'єкті не можливо або не доцільно.

Доцільність використання:

— не існує закінченої математичної постановки даної задачі, або не розроблені аналітичні методи рішення сформульованої математичної моделі;

— математичні процедури важкі та трудомісткі, імітаційне моделювання дає простий спосіб рішення задачі;

— розробка та використання імітаційного моделювання дозволяє експериментатору бачити та «розігрувати» на моделі реальні процеси та ситуації;

— імітаційне моделювання може оказатися однією, єдиною можливістю внаслідок виникнення труднощів постановки експерименту та спостерігання явищ в реальних умовах.

Недоліки імітаційного моделювання:

— може оказатися складним підтримка одних і тих же робочих умов при кожному повторі експерименту або за весь період часу проведення серії експериментів;

— для отримання однієї і тієї ж величини вибірки можуть знадобитися визначні витрати часу та засобів;

— при експериментуванні з реальною системою можуть виявитися неможливим дослідження безліч альтернативних варіантів;

Метод статистичного моделювання — це спосіб дослідження невизначених (стохастичних) економічних об'єктів і процесів, коли не повністю (до певної міри) відомими є внутрішні взаємодії в цих системах.

Цей метод полягає у модельному відтворенні процесу за допомогою стохастичної математичної моделі та обчисленні характеристик цього процесу. Одне таке відтворення можливого (випадкового) стану функціонування модельованої системи називають реалізацією (чи імітаційним прогоном; далі — прогоном).

Після кожного прогону реєструють сукупність параметрів, що характеризують випадкову подію (її реалізацію). Метод ґрунтується на багатократних прогонах (випадкових реалізаціях) на підставі побудованої моделі з подальшим статистичним опрацюванням отриманих даних з метою визначення числових характеристик досліджуваного об'єкта (процесу) у вигляді статистичних оцінок його параметрів. Процес моделювання економічної системи зводиться до машинної імітації досліджуваного процесу, котрий моделюється на ЕОМ з усіма суттєвими невизначеностями, випадковостями і породженим ними ризиком Однією з форм проявлення закономірних зв’язків, відносин, властивостей, які знаходяться під впливом зовнішніх, постійно змінних умов є статистична залежність. Статистична закономірність як закономірність масових явищ та процесів тісно пов’язана зі статистичною сукупністю та законом великих чисел. Метою статистичного моделювання є не заміна суджень та опиту спеціалістів, а здобуття того інструменту, який дозволяє глибше проникнути в сутність процесу, який досліджуємо. Метод статистичного моделювання дозволяє вирішувати важкі задачі, володіє певними перевагами перед аналітичними методами та іншими видами моделювань та часто є одним єдиним доступним з методів моделювань, особливо на стадії проектування. Результати статистичного моделювання по своїй цінності для практичного рішення задач дуже близькі до результатів натурного обстеження. Для його застосування в нас є необхідні статистичні дані. Суть статистичного моделювання складається з побудови алгоритму, імітуючого поведінку елементів обслуговуючих системи та взаємозв'язок між ними з обліком випадкового фактору, яким може бути в тому або іншому виробничому або транспортному процесі для, якого потрібно визначити оптимальне або близьке до нього рішення.

Транспортний процес є дуже складним процесом. Змоделювати його за допомогою методів фізичного моделювання не представляється можливим. З огляду на рекомендації наукової літератури в даній роботі для оптимізації маршрутної мережі будемо використовувати математичну модель на основі імітаційного моделювання.

програма PTV VISION VISUM 9.2 надає можливості для побудови моделей користувача та підприємства. Ці моделі дають змогу якісно оцінити пропозиції транспортних послуг на перевезення населення. Модель користувача відображає характер руху пасажирів або водіїв. При цьому обчислюються параметри такі, як час у дорозі, частота пересаджень і таке інше. Головною особливістю програми VISUM, є можливість прогнозу та перевірка ефективності запланованих заходів з організації руху транспортних засобів, враховуючи усю територію міста. Це дозволяє моделювати розвиток транспортної мережі з урахуванням реконструкції або будівництва нових вулиць, перехресть в різних рівнях, зміни організації дорожнього руху, будівництва нових районів міста, планування наслідків аварійних ситуацій і т.і.

Також серед програмних засобів моделювання транспортної системи міста варто відзначити рішення Rapіdіs Traffіc Analyst, що просуває ІBM. Масштаб у цього програмного продукту ширше, ніж в PTV. Система дозволяє проводити аналіз на рівні регіонів і країни в цілому. До складу Traffіc Analyst входить солідний набір інструментів для планування руху й спеціалізованих засобів редагування для роботи з маршрутами й розкладами суспільного транспорту.

В сучасних ринкових умовах спостерігаються тенденції розвитку основних складових елементів маршрутних мереж, які охопити практично не можливо. Проте розглянуті сучасні програмні продукти можна використовувати у якості інструменту моделювання, який дозволить побудувати якісну транспортну модель міста.

Програма PTV VISION VISUM є комерційним проектом, тому для використання даної програми необхідно придбати ліцензійну угоду, яка в залежності від вартості накладає певні обмеження, так ліцензійна угода яку придбав ХНАДУ дозволяє побудувати модель з наступними обмеженнями:

30 районів, 1500 відрізків, 500 вузлів та 100 маршрутів.

Знаючи ці обмеження та характеристики маршрутної мережі міста Куп’янськ Харківської області, маємо реальну можливість для моделювання об'єкту дослідження за допомогою програми PTV VISION VISUM.

1.5 Аналіз існуючих методів формування матриць кореспонденцій Матриці пасажирських кореспонденцій (МПК) є обов’язковим елементом транспортної мережі міста. Основні підходи формування МПК, а саме формування матриці на основі проведення натурних обстежень та моделювання матриці з використанням теоретичних методів формування МПК (статичні, апріорні), мають вагомі недоліки. До першої групи методів слід віднести методи зі значними трудовими, грошовими та часовими витратами на їх реалізацію. Що стосується другої групи — великі розбіжності між реальними та розрахунковими значеннями кореспонденцій.

Формування загальноміських кореспонденцій відбувається в умовах доволі значної свободи вибору населення як місць проживання так і місць прикладання праці(навчання). Важливими показниками при виборі пари «житло — робота» є: належність людини до певної соціальної групи, розмір заробітної плати та особливості підприємства — місця роботи, а також житлові умови та характер навколишнього середовища в місці проживання.

Процес формування матриці кореспонденцій ускладнюється низкою факторів, які обумовлюються властивостями об'єкта дослідження [9]:

— відсутність математичного опису, який визначав би основні причинно-наслідкові зв’язки у процесі вибору пасажиром пари «житло — робота» ;

— стохастичність процесів формування пасажиропотоків, зумовлена достатньою кількістю другорядних факторів, які впливають на точність прогнозу;

— нестаціонарність об'єкта в часі через зміни у планувальній структурі міста та міграції населення;

— невідтворюваність експериментів, яка проявляється в різноманітній реакції об'єкта на одні й ті ж самі управляючі дії в різні періоди часу;

— активність об'єкта, зумовлена наявністю в системі пасажирського транспорту людей із їхніми індивідуальними цілями й мотивами поведінки;

— проблематичність збору вихідної інформації про наміри потенційних пасажирів, необхідної для використання моделей прогностичного характеру.

Відповідно до існуючої класифікації методів моделювання матриць кореспонденцій, описаної в [10, 11] існують два кардинально різні підходи визначення матриці кореспонденцій (рис. 1.2) [12]: на основі статистичних даних (екстраполяційні, так звані прогностичні, а також методи, засновані на регресійному аналізі) та на базі апріорних логічних гіпотез, так звані синтетичні (імовірнісні, ентропійні, гравітаційні).

Відмінність цих двох методів полягає в різних вихідних даних. Перший підхід вимагає наявності існуючої матриці, отриманої шляхом натурних обстежень. Другий підхід має відмінність в тому, що для побудови матриці кореспонденцій необхідно знати значення обсягів відправлення та прибуття транспортних районів, між якими визначається відповідна кореспонденція.

Для статичних моделей у якості початкових вихідних даних можуть використовувати як матриці найкоротших відстаней, так і пасажиропотоки на вулично — дорожній мережі міста.

Ці моделі дають більш точну й достовірну інформацію, ніж апріорні. Вихідні дані потрібно визначати за допомогою натурних спостережень за роботою ТЗ, що передбачає збір інформації за допомогою анкет — це і становить весь недолік усіх статичних методів. Складність полягає в тому, що не тільки для збору даних, але і для обробки одержаних результатів необхідно задіяти велику кількість грошових та людських витрат.

Однією з перших математичних моделей, яка використовувалася для оцінки міжрайонних кореспонденцій, була гравітаційна [13 — 15]. Гравітаційна модель заснована на простому твердженні: кореспонденція з району до району пропорційна загальному обсягу відправлення з району, загальному обсягу прибуття в район і певній функції індивідуальних витрат на пересування, яка здебільшого залежить від транспортної відстані між районами та. Транспортна відстань відображає ступінь близькості ТР із урахуванням швидкості та комфортності пересувань, які надаються транспортною мережею. Спосіб визначення цього параметра може відрізнятися залежно від варіанту моделі.

Аналогічно закону Ньютона, гравітаційну модель можна подати наступним чином:

(1.1)

де — певна константа;

— місткість ТР з відправлення, пас.;

— місткість ТР з прибуття, пас.;

— функція індивідуальних витрат на пересування.

Відповідно до рівняння (1.1) величина пропорційна місткостям ТР й і зворотнопропорційна квадрату певної функції індивідуальних витрат. Але в цього рівняння є значний недолік: якщо збільшити значення і у два рази, тоді кількість поїздок, відповідно до рівняння, збільшиться в чотири рази, хоча насправді вона тільки подвоюється. Для подолання цього очевидного недоліку необхідно вводити обмеження, пов’язані з балансуванням прибуття та відправлення

. (1.2)

У загальному вигляді гравітаційна модель має наступний вигляд [14, 16, 24, 25]

(1.3)

де — коефіцієнт калібрування.

Очевидною перевагою гравітаційних моделей є простота реалізації, а одним із головних недоліків — неврахування індивідуальних уподобань населення.

Наступний вид синтетичних моделей — це ентропійні моделі. Вони базуються на принципі максимуму зваженої ентропії системи, яка розглядається. Найбільша важливість цих моделей полягає в тому, що в ній формалізується гіпотеза про рівноважну та випадкову поведінку елементів системи при формуванні її станів. За наявності цієї гіпотези, найбільш імовірним є такий стан системи, за якого її невизначеність, що вимірюється величиною ентропії, максимальна [16, 17, 18].

Максимізація зваженої ентропії полягає в тому, що в системі відбувається не просто пошук рівноважного стану, а стану, який є близьким за імовірністю до того, що склався б у реальній транспортній системі з урахуванням індивідуальних переваг населення.

Застосування до задачі формування матриці кореспонденцій цього принципу призводить до пошуку розв’язання рівняння (1.4)

(1.4)

де — ентропія системи;

— кількість ТР у місті.

Під час практичних розрахунків гіпотеза про випадкову поведінку пасажирів замінюється гіпотезою щодо наявності апріорної інформації про уподобання пасажирів при виборі пари районів та. Тоді розрахунки за ентропійною моделлю зводяться до пошуку максимуму рівняння (1.5)

(1.5)

де — «ідеальні» кореспонденції, які відповідають апріорним перевагам населення, пас.

Перевагами ентропійних моделей є те, що в них замість середніх величин характеристик пересування вводяться умови про апріорні уподобання формування транспортних пар районів та, які формують більш близькі варіанти (за імовірністю розподілу кореспонденцій) до реальної транспортної системи, що складається з урахуванням уподобань пасажирів. Недоліком таких моделей, як і для всіх апріорних, є низька точність розрахунків.

Одним із недоліків класичної гравітаційної моделі є те, що обсяг кореспонденції пов’язується з характеристиками пари районів (включаючи транспортну відстань між ними), які приймаються окремо від інших районів. Як відмічається багатьма дослідниками, «привабливість» району для відвідування (або обсяг прибуття в цей район) може також залежати від розташування району прибуття серед інших районів [18, 19].

Необхідно відзначити, що найбільшого поширення серед синтетичних моделей визначення попиту на пересування набули гравітаційна та ентропійна [17 — 21].

При формуванні МПК за гравітаційною й ентропійною моделями приймається припущення про сталість місткостей ТР міста протягом всього періоду моделювання, найчастіше ранкового періоду «пік»

(1.6)

Рисунок 1.2 — - Існуючи методи отримання матриці кореспонденції

Для цих же моделей коректне формування МПК можливе за умови балансування (1.2), тобто рівності кількості пасажирів, що вибувають зі всіх районів міста та прибувають у них.

Але слід відзначити, що наразі навіть для ентропійної та гравітаційної моделей відсутня загальноприйнята методика розрахунку, яка забезпечує виконання припущень про сталість місткостей ТР та обмежень за кількістю пасажирів, що вибувають із ТР і прибувають у них. Максимальна здатність існуючих методик — це виконання умови сталості ТР для одного якогось типу місткостей. Виходячи з цього, можна дійти висновку про необхідність розробки методики формування МПК, яка б давала можливість виконання прийнятих припущень і заданих обмежень.

Необхідно відзначити, що також існують розрахункові методи формування МПК, які дозволяють отримати матрицю у зворотному порядку.

Наряду з відомими статистичними й теоретичними методами формування МПК існують методи, які дозволяють визначати кореспонденції, використовуючи інформацію про кількість пасажирів, що заходять й виходять на ЗП [22, 23], але вони потребують ретельної перевірки на таких об'єктах, як малі міста.

Унаслідок проведеного аналізу встановлено основні вимоги до моделей, які дозволяють отримати матриці кореспонденцій, зокрема мають бути:

— гнучкими (можливість уведення додаткових параметрів для врахування змін транспортної ситуації в містах);

— універсальними (можливість описувати різні типи поїздок за різноманітних транспортних умов);

— відносно простими (набуття широкого застосування в різних умовах проектування з використанням обчислювальної техніки та без неї).

В теперішній час методи відновлення матриць кореспонденцій здебільшого використовуються для вирішення лише локальних завдань при дослідженнях інтенсивностей транспортних потоків на вулично-дорожній мережі. При дослідженнях функціонування системи МПТ вони практично не використовуються. Основним тут є клас методів визначення матриці кореспонденцій — теоретичні моделі, засновані на гіпотезах стосовно закономірностей формування кореспонденцій, серед яких найбільш розповсюдженими є гравітаційна й ентропійна моделі.

1.6 Визначення мети і задач дослідження Проведений огляд літературних джерел та аналіз існуючого стану перевезень пасажирів в м. Куп’янськ та прилеглих територіях дозволив сформулювати мету, об'єкт, предмет та задачі дослідження.

Відповідно до зазначеної актуальності обраного напрямку дослідження метою роботи є розробка раціонального варіанту маршрутної мережі

м. Куп`янськ та прилеглих смт. Ківшарівка та смт. Купґянськ-Вузлового Харківської області.

Враховуючи вище наведене, можна цілком стверджувати, що як об'єкт дослідження в даній роботі доцільно розглядати процес функціонування пасажирської маршрутної системи м. Куп`янськ та прилеглих

смт. Ківшарівки й смт. Купґянськ-Вузлового Харківської області.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

— аналіз критерію оцінювання ефективності МПТ м. Куп’янськ та прилеглих територій;

— аналіз та вибір методу моделювання МПТ;

— проаналізувати існуючу пасажирську маршрутну мережу міста Куп’янськ та прилеглих селищ міського типу Ківшарівка та Куп’янськ — Вузлового;

— вибір методу обстеження пасажиропотоків у міському сполученні;

— моделювання процесу функціонування пасажирської маршрутної системи м. Куп`янськ та прилеглих смт. Ківшарівка й смт. Куп’янськ — Вузлового Харківської області;

— розробка раціонального варіанту пасажирської маршрутної системи.

Робочою гіпотезою дослідження виступає припущення, що існує такий варіант маршрутної мережі міста, який дозволить підвищити якість обслуговування пасажирів.

1.7 Висновки по розділу

1. Сучасні системи маршрутного пасажирського транспорту в українських містах були створені, ще за часів радянської епохи. Раціональні варіанти маршрутів обирались із урахуванням економічних показників роботи підприємств та не враховували соціальні наслідки транспортного процесу для суспільства. Тому розробка раціональної маршрутної системи є важливою та актуальною задачею.

2. Існуючи методи формування раціональних систем громадського транспорту не враховують таких особливостей малих міст, як функціонувань в місті лише автобусних маршрутів, використання для роботи на них автобусів особливо малої, малої та середньої місткості, невелику кількість зупиночних пунктів у місті та незначні об'єми перевезень пасажирів, що не створює підґрунтя для використання найбільш розповсюджених модальних методів моделювання попиту на перевезення.

3. Одним із сучасних методів планування роботи систем громадського транспорту є використання математичних методів моделювання транспортного процесу, яке забезпечується за допомогою програмних засобів моделювання. Найбільш досконалим програмним продуктом транспортного моделювання є пакет VISUM, який доцільно використовувати в даній роботі.

4. Відповідно до існуючої класифікації є два абсолютно різні підходи формування матриць кореспонденцій — на основі статичних даних та на основі апріорних логічних гіпотез. Відмінність першого в тому, що для формування матриці необхідні дані натурних обстежень, а для іншого достатньо знати ємнісні характеристики транспортних районів. В результаті аналізу методів формування кореспонденцій обрано — гравітаційний.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МАРШРУТНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ ПАСАЖИРІВ

2.1 Структура пасажирської маршрутної системи міста Куп’янськ та прилеглих територій Досліджуваним об'єктом даної роботи являється маршрутна мережа

м. Куп’янськ і прилеглих територій Харківської області та процес їх функціонування.

Під поняттям маршрутної мережі розуміють сукупність трас пасажирського транспорту, погоджених з транспортною мережею населеного пункту, з урахуванням обмежень руху транспортних засобах по будь-яких напрямках, та провізних можливостей міських маршрутів. В залежності від маршрутної мережі проводиться створення інших елементів маршрутної системи, а саме: розклад руху, форма організації роботи на маршрутах, графіки роботи водіїв та транспортних засобів.

Маршрутну мережу міста Куп’янськ та прилеглих територій можна розглядати як систему, яка базується на взаємодії різних складових: пасажири (які є об'єктом перевезень), система транспорту (рухомий склад, та комунікації різних видів транспорту із відповідними засобами управління), транспортна мережа (вулично-дорожня мережа міста) та маршрути.

Місто Куп’янськ розташоване в Харківській області і є адміністративним центром Куп’янського району, в яке місто не входить

(рис. 2.1).

Куп’янськ — адміністративний центр Куп’янської міської ради, в який, крім того, входять селища міського типу Ківшарівка та Куп’янськ-Вузловий. Місто Куп’янськ знаходиться на березі річки Оскіл в місці впадання в неї річки Куп’янка (права притока). Вище за течією на відстані в 1,5 км розташоване село Голубівка, нижче за течією примикає смт Куп’янськ-Вузловий. Вище за течією річки Куп’янка примикає село Московка. До міста примикають села Кучерівка, Подоли і Радьківка. Через місто проходять автомобільні дороги Т-2109 і Р-07. Місто є великим залізничним вузлом, станції Куп’янськ, Естакадний, Заосколье, Оливино, Бригадний, Платформа 823 км і Куп’янськ-Сортувальний. Займає територію 3343 га.

Рисунок 2.1 — Карта міста Куп’янськ Чисельність населення міста Куп’янськ Харківської області складає

32 187 (14 469/17718 ч/ж) чол. Населення міста є потенційними пасажирами, та відповідно об'єктом перевезення в транспортній системі. Тому при вирішення задач транспортного планування, а саме: перспективного, поточного чи оперативного, можливе за наявністю населення як основного елемента моделювання транспортного об'єкту.

Необхідною умовою для моделювання та оцінки ефективності функціонування маршрутної мережі є використання сформованої матриці кореспонденцій.

Кореспонденція — це стійкі транспортні зв’язки між двома пунктами, для яких характерні зустрічні і (або) зворотні пересування.

Чималу роль в процесі функціонування маршрутної мережі відіграють транспортні засоби, споруди та комунікації, що їх обслуговують. При виконання транспортного процесу, вибір транспортного засобу істотно впливає на рівень транспортного обслуговування населення та ефективність використання транспортного засобу, які забезпечують обслуговування населення з найменшими транспортними витратами, може бути забезпечено у тому випадку, якщо рухомий склад по типу та місткості максимально відповідає потужності та характеру пасажиропотоку, а також умовам перевезення пасажирів.

На теперішній час маршрутну мережу МПТ м. Куп’янськ представляють: автобуси, маршрутні таксі та легкові автомобілі.

Організація руху існуючого рухомого складу по незмінному шляху дотримання у вигляді послідовних циклів транспортування, що повторюються називається маршрутом.

Маршрутна технологія транспортного обслуговування застосовується при стійких пасажиропотоках і характерна для міста Куп’янськ. В населених пунктах з невеликим числом мешканців маршрутна система (менш 100 тис. чол) повинна організовуватися з врахуванням безпересадочних сполучень між різними частинами забудови, які знаходяться паралельно невеликої кількості числа магістральних шляхів. Тому головною особливістю при організовуванні маршрутної системи малих міст є така схема маршрутів, яка дозволяє пасажирам проїхати в любий район населеного пункту без пересадки.

На сьогодні транспортна мережа міста Куп’янськ та прилеглих смт. досить розвинена. Їх обслуговують 33 міських маршрути, які в свою чергу обслуговуються 60 одиницями рухомого складу.(таблиця 2.1) Всі вони належать приватним підприємствам. Загальна довжина автомобільних доріг в місті становить 159,02 кілометрів, а сукупність довжини маршрутів ;

861,2 кілометрів. Середня довжина маршруту складає - 23,9 кілометра. Характеристики маршрутів м. Куп’янськ наведено в табл. 2.1. Рухомий склад, який здійснює транспортне обслуговування міста, працює в двох режимах — в «звичайному режимі» та режимі «маршрутного таксі». Перелік цих маршрутів представлено в табл. 2.2, 2.3

Таблиця 2.1 — Перелік існуючих міських маршрутів м. Куп’янськ та прилеглих смт.

Таблиця 2.2- Міські маршрути, які працюють в «звичайному» режимі

Таблиця 2.3 — Міські маршрути, які працюють в режимі «маршрутного таксі»

При моделюванні систем міського пасажирського транспорту важливо враховувати такі характеристики транспортної мережі, як можливість проїзду різними видами транспорту або середня технічна швидкість руху по мережі.

Найпростішим прикладом моделі транспортної мережі може служити звичайний атлас автомобільних доріг. Простота моделі означає і її обмежені можливості. Використовуючи атлас можна побудувати маршрут та визначити його відстань. Проте отримані дані, не дають відобразити реально існуючу ситуацію, вони не можуть використовуватися для вирішення задач створення або організації роботи навіть простих транспортних систем. Тому для отримання більш раціонального рішення потрібен перегляд досить значної кількості станів транспортної мережі, прикладом можуть служити різні варіанти трасування шляхів проходження транспорту. Зібрати та проаналізувати сукупність цих розрахунків практично не можливо без застосування програмного забезпечення. Тому основною задачею моделювання транспортних мереж вважається створення моделей, придатних для проведення розрахунків з ними на ЕОМ [23, 24].

Для більш докладного представлення об'єкту дослідження, а саме вулично-дорожню мережу міста, використовуються координатний і топологічний методи, які мають свої переваги і недоліки.

Координатне моделювання являє собою створення цифрового аналога карти як моделі транспортної мережі. Повний варіант координатного методу є найпростішим. В ньому модельований об'єкт представляється в прямокутній системі координат.

Далі здійснюється перехід від графічного до цифрового представлення інформації. Для цього вводяться прямокутні матриці відповідної координатним осям розмірності, в яких відображаються модельовані об'єкти. Однією матрицею обов’язково описується транспортна мережа, а іншими матрицями можна описати різні характеристики модельованих об'єктів. При моделюванні пасажирської транспортної системи такими характеристиками є місткості транспортних районів по відправленню і прибуттю пасажирів, які описуються матрицею кореспонденцій між транспортними районами.

Цей метод моделювання є дуже універсальним. З його допомогою можна описати скільки завгодно велику кількість характеристик транспортної мережі, що досягається введенням відповідних матриць.

Топологічний метод є одним з прикладів представлення досліджуваних об'єктів у вигляді багаторівневих систем. Досліджуваний об'єкт представляється як сукупність двох елементів — вершин і ланок, кожний з яких, у свою чергу, складається з декількох інших елементів.

Транспортна мережа представляється як граф, який складається з вершин та ланок. Вершинами представляються місця, між якими здійснюється переміщення об'єкту що розглядається, ланками — ділянки транспортної мережі, по яких здійснюється це переміщення.

Прикладами вершин графа можуть служити перехрестя, крупні транспортні вузли, вокзали, населені пункти, пункти пересадок пасажирів, зупинки міського пасажирського транспорту і т.д. Вершина є точкою на графі (топологічній схемі) транспортної мережі.

Ланками графа описуються комунікації різних видів транспорту, які з'єднують вершини. Наприклад, ділянки автомобільних доріг, залізниці, природні шляхи пересування та ін. Кожна ланка з'єднує між собою дві суміжні вершини і є відрізком на графі транспортної мережі, і має відповідний номер.

Метою основних розрахунків, що проводяться з транспортними мережами, є отримання характеристик зв’язків між вершинами за допомогою ланок, тобто отримання більш складних і інформативних моделей транспортної мережі для подальшого використання.

Як характеристики ланок можуть виступати:

— довжина ділянки транспортної мережі;

— час проїзду по ділянці;

— пропускна спроможність ділянки;

— якісні характеристики ділянки (наприклад, можливість проїзду тим чи іншим видом транспорту).

Можливі характеристики вершин:

— обсяг зародження і поглинання пасажирських кореспонденцій;

— переробна здатність;

— просторові характеристики вершин;

— якісні ознаки (наприклад, можливість організації кінцевого зупиночного пункту маршрутів).

Ця початкова інформація після розрахунків перетвориться в характеристики зв’язків, до числа яких можуть відноситися:

— місткості кореспонденції пасажирів;

— відстані або час проходження між районами;

— вказівник на найкоротший шлях;

— характеристики шляху проходження (наприклад, можливість проїзду тим чи іншим видом транспорту).

При описі транспортних мереж серйозною проблемою є значна трудомісткість цього процесу і, як наслідок, висока вірогідність виникнення помилок опису. А тому в окремих випадках доцільно відмовитися від можливості характеризувати довжину кожної ланки в обох напрямах для скорочення обсягу інформації, що вводиться. Для цього робиться допущення про те, що довжина всіх модельованих ділянок транспортної мережі однакова по напрямах. Цьому допущенню відповідає симетричний граф.

Симетричним називається граф транспортної мережі, характеристики ланок якого однакові в прямому і зворотному напрямках.

Використання симетричного графа дозволяє удвічі скоротити обсяг опису транспортної мережі, істотно понизити вірогідність виникнення помилок опису і полегшити їх пошук і усунення.

Симетричні графи використовуються в моделях об'єктів, що мають велику розмірність і не вимагають високої точності розрахунку відстаней.

В порівнянні з координатним методом моделювання, топологічні схеми мають вагомі переваги, які обумовлені їх спеціалізацією. На відміну від координатного підходу, який може використовуватися для представлення найрізноманітніших об'єктів, вони в основному створені для моделювання саме таких об'єктів, як транспортні мережі. Але у топологічного підходу існує і недолік, що приймає вельми серйозний характер при моделюванні транспортної мережі для вирішення задач у сфері організації дорожнього руху. Він полягає у відсутності просторової орієнтації графа (відсутності інформації про дозволені напрямки руху у вузлах транспортної мережі).