Организация движения автотранспорта на улично-дорожной сети крупных городов с учетом разгрузки их центрального района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Организация движения автотранспорта на улично-дорожной сети крупных городов с учетом разгрузки их центрального района

В.П. Белокуров, С.В. Белокуров,

Р.А. Сподарев, С.В. Пустовалов

Аннотация

Рассмотрены вопросы организации движения пассажирского автотранспорта с целью разгрузки центральной части крупного города.

Ключевые слова: пассажирские перевозки, улично-дорожная сеть, качество пассажирских перевозок, пассажирский транспорт.

Annotation

The problems of organization of the movement of passenger vehicles for the purpose of discharging the center of a large city.

Keywords: passenger transportation, street and road network, the quality of passenger transport, passenger transport.

Основной задачей пассажирского автотранспорта является своевременное удовлетворение спроса пассажиров на перемещение. Несмотря на то, что стратегия перемещения одного пассажира на общественном транспорте сугубо индивидуальна, в процессе своего движения она становится частицей определенного пассажиропотока. В зависимости от того, насколько детально рассматривается транспортная сеть, особенно в случае ее реорганизации, можно выделить множество видов пассажиропотоков. Ниже предлагается вариант реорганизации транспортной сети на примере г. Воронежа, соответствующая ему структура пассажиропотоков и схема их взаимодействия.

Принимается, что территория города Воронежа разбита на N транспортно-планировочных районов (Центральный, Северный, Юго-Западный, Советский, Железнодорожный и Левобережный районы), соединенных между собой сетью городского общественного транспорта. Требуется перераспределить маршруты транспортной сети таким образом, чтобы историческую часть города (Центральный район) освободить по максимуму от всех видов транспорта, в том числе и общественного пассажирского. В этом случае каждый район города, исходя из требования, принимается за отдельный транспортный узел, расположенный в его центре. За транспортный узел района с номером примем совокупность контрольных пунктов (КП) - , который представляет собой объединение остановочных пунктов, принадлежащих различным маршрутам общественного транспорта, но совпадающим территориально. В простейшем случае транспортным узлом является одним остановочным пунктом или КП с двусторонним движением через него.

Участники сети между соседними КП различных транспортных узлов будем называть перегонами, а одного узла (или КП) - пересадками или переходами. Маршрутную сеть городского пассажирского транспорта представим в виде связного ориентированного графа, в котором КП представлены множеством вершин а перегоны - множеством ориентированных дуг . Каждому перегону будет соответствовать величина, равная времени перемещения из КП начала перемещения в КП конечного перемещения .

Каждый район (К) характеризуется количеством проживающего в нем населения , нуждающимся в поездках на общественном транспорте, числом мест перемещения, заданном в виде функции , который определяет количество пассажиров, выходящих в j-м КП в момент времени t, принадлежащий моделируемому интервалу. Для района (К) с S_k контрольными пунктами это условие запишем в виде следующих ограничений:

где P_j , R_j - количество пассажиров входящих и выходящих в j-ом КП за весь моделируемый интервал;

t₁, t₂ - временные границы интервала движения.

Определим структуру пассажиропотоков, соответствующую предлагаемому графу сети. Путь следования пассажира из КП (i) в КП (j) представляет собой последовательность остановок и перегонов между ними (вершин и дуг), а чистое время перемещения по нему равно сумме времени перемещения по каждой его дуге. Конкретные реализации единичных перемещений соответствуют микросостоянию системы. Множество микросостояний порождает определенное макросостояние системы, характер закономерностей которого не зависит от поведения каждого пассажира. Основными характеристиками макросостояния являются пассажиропотоки и корреспонденции, которые принимаются детерминированными.

Для преодоления пути из КП (i) в КП (j) пассажир, кроме частого времени на перемещение, затрачивает дополнительное из-за недостаточной пропускной способности , пересадок и провозной способности перегонов. Поэтому в отличие от движения по сети без перегрузок на очередной участок своего пути следования пассажир попадает с некоторым запаздыванием. В результате реальные пассажиропотоки отличаются от соответствующих им потоков для сети, работающей без перегрузок. В качестве примера причины задержки пассажиров может быть интенсивность движения транспортных средств и их вместимость. движение автотранспорт разгрузка район

На Рис. 1 представлен элемент графа, в котором отражены связи транспортных узлов районов на примере города Воронежа с использованием произвольных КП (i). Предлагаемое изменение перепланировки транспортной сети для общественного транспорта позволили вернуть жителям историческую и культурную часть города, освободив его от интенсивного движения транспорта и заторов, а также улучшить экологическую безопасность. Что же касается частного и других видов общественного транспорта, то для них целесообразно предусмотреть перехватывающие парковки типа Park-and-Ride (паркуй автомобиль и поезжай дальше общественным транспортом). Движение в центральной части города (Центрального его района), т.е. внутри предлагаемого "кольца" предусмотреть пешим образом или на мобильном экологически чистом транспорте, например, электромобиле.

На Рис. 2 представлена схема графа образования пассажиропотоков в i-ом контрольном пункте в центральном районе города в его исторической части. В данном случае рассматриваются только те маршруты на УДС города, которые проходят через центр (i) исторической части города Центрального района с целью разгрузить его от всех видов автомобильного транспорта. В качестве примера разгрузки центрального района от общественного пассажирского автотранспорта рассматривается пассажиропоток в центре i, который образуется только лишь за счет Северного и Железнодорожного районов. Влияние остальных районов (Юго-Западного, Левобережного и Советского) на пассажиропотоки в центре (i) будет аналогичным. Контрольные пункты в районах города обозначенные через n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, i, будут образовывать накопители двух типов , где (i) - условный центр Центрального района и транзитной магистрали . Транспорт, маршрут которого проходит не через центр (i), обозначим как транзитный, т.е. .

Рисунок 1. Схема элемента графа связей транспортного узла Центрального района (i) с остальными районами г. Воронежа

Примечание:

i - Центральный район;

n₁, n₂, n₃, n₄ и n₅ - Северный, Железнодорожный, Левобережный, Юго-Западный и Советский район г. Воронежа;

, , количество людей входящих и выходящих в Центре (i) в результате приезда к Центральному району и покиданию его.

Рисунок 2. Схема элемента графа образования пассажиропотоков i-го контрольного пункта Центрального района при перемещении пассажиров из Северного района (КП:n₁) в Железнодорожном районе (КП:n₂)

Примечание:

i - Центральный район;

КП- контрольный пункт;

Т_р - движение пассажирского автотранспорта по УДС города минуя центр КП(i);

Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ и Р₅ - дуги переезды связывающие центр i с вершинами КП; n₁, n₂, n₃, n₄ и n₅ рассматриваемых районов;

, - обозначения см. к рисунку 1.

Из рассматриваемого района (его вершины) КП (i) Центрального района можно попасть пешком по дуге - переходу (Р₁) или проехать на пассажирском общественном транспорте по дуге перегону (Р₂). Движение же из КЕ i-го происходит по дугам - перегонам Р₂, Р₃, Р₄ и Р₅, на общественном пассажирском транспорте, которые связывают Центральный район с остальными районами города. Для формализации процесса пассажиропотока на УДС города рассмотрена только одна связь на рисунке 2. Дуги Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ и Р₅ принимают значение из множества номеров дуг для любого другого случая реорганизации движения пассажирского транспорта, а вершины i, n₁, n₂, n₃, n₄ и n₅ из множества номеров вершин.

На входе i-го КП Центрального района города пассажиропоток в любой другой район города в момент времени (t) будет образован пассажирами приехавшими с различных направлений, чтобы сделать пересадку (А_i(t)) и пришедшие, а также приехавшие ранее с пересадок в места притяжения: магазины, рынок, офисы и т.д. (В_i(t)), т.е.

Выходной пассажиропоток будет состоять из людей, закончивших свой путь по дуге - переходу и продолжающих движение на транспорте после пересадки по дуге - перепотока людей, заканчивающих перемещение по транспортной сети - дуги . Таким образом, каждый пассажиропоток входящий в балансовое состояние, состоит из множества элементарных потоков (рис. 2).

Для описания динамики процесса образования нагрузок различных участков сети использованы теоретические предпосылки автоматического управления. Основным принципом описания функционирования таких систем является их деление на звенья, которые различными способами соединены между собой. Динамический процесс преобразования входной величины каждого звена (Х₁(t)) в выходной (Х₂(t)) описывается с помощью дифференциальных уравнений различного вида. Совокупность таких уравнений и характеристик всех звеньев будет описывать динамические свойства системы.

Динамические звенья транспортной сети, с достаточной степенью точности могут характеризоваться следующими двумя процессами: задержкой в ней пассажиров и ограниченной пропускной способностью. Естественно, что оба указанных процесса слиты воедино в реальном узле транспортной сети. Однако, с целью получения конструктивных результатов используется декомпозиционная модель по названным процессам. Таким образом, основным является предположение о последовательном соединении в модель двух подмоделей: динамической линейной для моделирования задержек пассажиров при прохождении узла сети и статической нелинейной - для моделирования ограниченной пропускной способности.

В качестве первой подмодели характеризующей задержки пассажиров, может быть принята простейшая модель автоматического управления - линейное динамическое звено первого порядка, где представлена зависимость выходного пассажиропотока (Х₂(t)) от входного (Х₁(t)).

(2)

Параметр (К), это коэффициент, который характеризует "инерционное запаздывание", то есть значение выходного потока устанавливается спустя некоторое временя после соответствующего значения входного воздействия . Чем меньше коэффициент перегонов и пересадок сети, тем больше пассажирам приходится задерживаться в ожидании обслуживания. Таким образом, коэффициент (К) зависит от вместимости и частотой подхода автотранспорта к КП, а также пропускной способности пересадки.

В качестве второй подмодели характеризующей ограничение пропускной способности так же выбираем простую статическую модель. При этом учитывается как ограничение сверху (собственно пропускную способностью), так и снизу (протекающие в системе потоки не могут быть отрицательными). Таким образом, вторая подмодель имеет вид:

(3)

Объединение моделей (2) и (3) дает общую модель получения выхода ко входу .

В исследованиях наиболее предпочтительной является динамическая модель (2), так как в динамической модели (3) учет нелинейных зависимостей, в принципе возможен, на при этом допустимая размерность задачи резко повышается, что приводит к существенному усложнению рассматриваемой задачи.

Список использованной литературы

1. Белокуров В.П. Оптимальное моделирование маршрутной сети на основе анализа параметров формирования городского пассажирского транспорта [Текст] / В.П. Белокуров, Д.В. Лихачев // Бюллетень транспортной информации. Информационно-практический журнал. - № 10 (172). - 2009. - С. 33-35.

2. Белокуров В.П. Управление социально-экономической эффективностью [Текст] / В.П. Белокуров, Д.А. Мотузка, С.В. Белокуров // Автотранспортное предприятие №5 - 2011. - С. 47-49.

3. Белокуров В.П. Оптимизация многоцелевых транспортных задач при использовании алгоритма анализа и отсева на итерациях поиска решений [Текст] / В.П. Белокуров, С.В. Белокуров // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник, РАН ВИНИТИ, №6 - 2009. - С. 2-4.

4. Белокуров В.П. Принятие решений для эффективного управления транспортными системами на основе ситуаций выбора [Текст] / В.П. Белокуров, С.В. Белокуров, С.В. Скрыль // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник, РАН ВИНИТИ, №2 - 2010. - С. 6-12.

5. Белокуров С.В. Модели выбора недоминируемых вариантов в численных схемах многокритериальной оптимизации: [Текст] / С.В. Белокуров, Ю.С. Сербулов, Ю.В. Бугаев, С.В. Чикунов. - Воронеж: Издательство «Научная книга». - 2005. - 199 с.

6. Белокуров С.В. Синтез функций выбора на итерациях поиска в численных моделях многокритериальной оптимизации: [Текст] / С.В. Белокуров, С.В. Величко, Д.Е. Соловей. - Воронеж: Воронежский гос. университет. - 2004. - 96 с.

7. Белокуров С.В. Модели выбора в задачах многокритериальной оптимизации: [Текст] / С.В. Белокуров, А.В. Заряев // Применение информационных технологий для решения прикладных задач: Межвузовский сб. науч. тр. - Воронеж: ВИ МВД России, 2002. - С. 78-88.

8. Белокуров С.В. Классификация ситуаций выбора и анализ способов формализации численных векторных схем: [Текст] / С.В. Белокуров, В.В. Сысоев // Компьютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники: Сб. науч. тр. - Воронеж, ВГТУ, 2002. - С. 32-41.

9. Белокуров С.В. Математические модели в условиях динамики рыночной транспортной среды: [Текст] / С.В. Белокуров, А.В. Кононова. - Экономика и производство. - 2007. - №1. - С. 20-23.

Размещено на Allbest.ru