автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Методика организации работы систем городского транспорта общего пользования в соответствии с изменением спроса

На правах ру&аписи

ЧЕБОТАРЁВ Андрей Владимирович

МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ В СООТВЕТСТВИИ С ИЗМЕНЕНИЕМ СПРОСА

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

I я НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005539920

Санкт-Петербург - 2013

005539920

Диссертация выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» на кафедре транспортных систем.

Научный руководитель: доктор экономических наук, профессор

Горев Андрей Эдливич

Официальные оппоненты: Палагин Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации», кафедра интермодальных перевозок, заведующий;

Лукинский Валерий Сергеевич,

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ФГАОУ ВПО Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» (Санкт-Петербург), кафедра менеджмента

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-

сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 17 декабря 2013 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.02 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190103, г. Санкт-Петербург, Курляндская ул., д. 2/5, (ауд. 340-К).

Телефакс: (812) 316-58-72, Email: rector@spbgasu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитеюурно-строительный университет».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 212.223.02: 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д.4, (ауд. 219)

Автореферат разослан 15 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

фЪлар,

Олещенко Елена Михайловна

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Современные мировые тенденции развития транспортных систем крупных городов направлены на обеспечение равной мобильности для всех слоев населения, в которой основная роль отводится транспорту общего пользования. При этом требования к ней существенно возросли для приближения уровня обслуживания к удобству пользования личным автомобилем. Основными факторами повышения уровня обслуживания являются обеспечение минимального времени поездки с учетом времени ожидания, комфортности подвижного состава, круглосуточного доступа к услугам и т. п.

Появление в последние десятилетия крупных торговых, развлекательных и досуговых центров, деловых зон и транспортных терминалов создало совершенно новый класс объектов массового транспортного притяжения, с отличными от традиционных режимами транспортного обслуживания.

Дефицит ресурсов, в первую очередь трудовых, инициирует разработку и внедрение полностью автоматических транспортных систем (персональный автоматический транспорт - Personal Rapid Transit - PRT - транспортная система, использующая выделенный путь и небольшие полностью автоматические транспортные средства, перемещающиеся по вызову пассажира).

Новые автоматизированные пассажирские транспортные системы с полной автоматизацией управления с помощью ЭВМ должны работать совместно с другими видами транспорта, которые также должны постепенно переходить на автоматизацию управления.

Применение для перевозок пассажиров новых и модернизированных видов городского пассажирского транспорта, несомненно, повлечет за собой модернизацию существующей системы организации работы транспорта общего пользования.

Разработанные в середине прошлого века методики планирования работы транспорта общего пользования не учитывают этих изменений и не могут быть эффективно использованы в настоящее время.

В соответствии с вышесказанным, нужно отметить, что для систем городского транспорта общего пользования (СГТОП), которые позволят с высокой надежностью, эффективностью, качеством и безопасностью обслуживать пассажиропотоки, образуемые городскими центрами массового транспортного притяжения, необходимо создание методики планирования работы, способной наилучшим образом отвечать современным требованиям.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическими основами работы стали исследования российских ученых, посвященных вопросам планирования и организации перевозок пассажиров: Анисимова А.П., Балацкого С.Н., Блатнова М.Д., Вайнштока М.А., Варелопуло Г.А., Володина Е.П., Геронимуса-Б.Л., Горева А.Э., Гудкова В.А., Дукаревича Г.В., Клепика Н.К., Кравченко Е.А., Логинова В.Н., Малышева А.И., Миротина Л.Б., Охрименко С.А., Павленко Г.П., Раскина Е.М., Рикберга Г.Б., Романенкова П.М., Рощина А.И., Самойлова Д.С., Скалецкого В.В., Спирина И.В., Старинкевича А.К., Федорова В.П., Хрущёва М.В., Юдина В.А. и др., однако вопросы связанные с работой общественного тран-

спорта в зависимости от изменения спроса не получили должного развития. Решению данных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования — разработка методики организации и планирования работы системы городского транспорта общего пользования, функционирующей в соответствии с изменением спроса.

Задачи исследования:

1. Сравнительная оценка преимуществ и недостатков существующих методик организации и планирования работы транспорта общего пользования.

2. Определить провозные возможности и спектр предоставляемых услуг, а также выполнить оценку функциональных свойств существующих систем городского транспорта общего пользования

3. Исследовать механизмы колебания спроса на перевозки и формирование пассажиропотоков вблизи центров массового транспортного притяжения населения в течение суток.

4. Определить время ожидания пассажира на остановочном пункте при различных режимах работы системы городского транспорта общего пользования с применением методов имитационного моделирования.

5. Разработать методику организации работы городского транспорта общего пользования, учитывающую возможность смены режима работы при изменении спроса на перевозки в течение суток.

Объект исследования — методики организации и планирования работы городского транспорта общего пользования.

Предмет исследования — система городского транспорта общего пользования, учитывающая возможность смены режима работы при изменении спроса на перевозки в течение суток.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана методика организации и планирования работы систем городского транспорта общего пользования, учитывающая вероятностную специфику формирования пассажиропотока в течение суток; позволяющая варьировать режим работы подвижного'состава в периоды максимальных и минимальных нагрузок.

2. Разработана модель функционирования систем городского транспорта общего пользования с изменяющимся режимом работы подвижного состава и спросом на перевозки пассажиров.

3. Разработан алгоритм системы управления работой маршрутного транспорта в соответствии с количеством поступающих заявок.

Методологической основой диссертационного исследования послужили основные положения теории организации перевозок пассажиров транспортом общего пользования, с учетом современных тенденций в части применения систем автоматизированного пассажирского транспорта.

Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК: 05.22.10 — Эксплуатация автомобильного транспорта, а именно: содержанию специальности, каковым является совершенствование методов

и средств перемещения пассажиров и грузов и процессов, их обеспечивающих, в целях повышения эффективности транспортного обслуживания и минимизации затрат ресурсов и потерь, связанных с ними, а также следующим основным направлением: п.2 «Оптимизация планирования, организации и управления перевозками пассажиров и грузов, технического обслуживания, ремонта и сервиса автомобилей, использования программно-целевых и логистических принципов».

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Заключается в создании принципиально новой методики организации работы систем городского транспорта общего пользования, комбинирующей интервальный метод обслуживания пассажиропотока, с методом работы в соответствии с количеством поступивших заявок, которая позволяет иметь высокие провозные возможности, и обладает большей гибкостью и приспосабливаемостью, варьирующей режим обслуживания в зависимости от изменения спроса на перевозки в течение суток.

Реализацией результатов исследований может являться применение данной методики организации работы систем городского транспорта общего пользования при обслуживании пассажиропотоков, величина которых значительно изменяется в течение суток.

Апробация работы. Основные научные положения, выводы и рекомендации по материалам диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: на международных научно-технических конференциях молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов «Актуальные проблемы современного строительства» (СПб., 2010, 2011, 2012).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах, общим объемом 2,2 п.л., лично автором - 1,65 п.л., в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденный ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и списка литературы, включающего 102 наименования. Диссертация изложена на 159 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 102 формулы и 23 таблицы.

Во введении дан краткий обзор состояния вопроса, обоснована актуальность темы диссертации и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния систем городского транспорта общего пользования, методик планирования его работы и обоснованы задачи диссертационного исследования.

Во второй главе Обоснована структура методов статистической обработки и прогнозирования пассажиропотоков, необходимых для данного диссертационного исследования.

В третей главе приведена процедура разработки методики организации работы систем городского транспорта общего пользования в соответствии с изменением спроса на перевозки в течение суток.

В четвертой главе осуществлена апробация разработанной методики на примере обслуживания реально существующего крупного центра массового транспортного притяжения города Санкт-Петербург.

В пятой главе осуществлена оценка экономической эффективности разрабатываемой системы.

И. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Разработана методика организации и планирования работы систем городского транспорта общего пользования, учитывающая вероятностную специфику формирования пассажиропотока в течение суток; позволяющая варьировать режим работы подвижного состава в периоды максимальных и минимальных нагрузок.

В целях выявления основных преимуществ и недостатков, произведен анализ существующих методик планирования работы систем транспорта общего пользования (табл. 1).

В результате рассмотрения методик организации перевозок в соответствии с интервалом движения подвижного состава, а также в соответствии с поступающими заявками на перевозку установлено, что метод работы городского транспорта общего пользования в интервальном режиме не может оперативно реагировать на изменение спроса в течение суток, в то время как метод обслуживания пассажиров в соответствии с количеством поступивших заявок на перевозку не применим для обслуживания больших объемов пассажиропотоков.

Системы персонального автоматического транспорта лишены данных недостатков, но их сфера применения ограничена, а развертывание подобных систем связано со значительными затратами.

Так как, ни одна из вышеупомянутых методик в полной мере не способна удовлетворить транспортные потребности населения, следовательно, решение сложившейся проблемы следует искать путем рационального комбинирования методик интервального обслуживания пассажиропотока и обслуживания пассажиров в соответствии с количеством поступивших заявок.

Разработанная методика планирования работы систем городского транспорта общего пользования, основана на выявлении вероятностного закона распределения и доверительного интервала разброса среднего значения величины пассажиропотока. В отличие от существующих методик, данная методика позволяет варьировать режимы работы подвижного состава в соответствии с интервалом движения, а также в соответствии с количеством поступающих заявок на обслуживание пассажиропотока при изменении спроса на перевозки в периоды максимальных и минимальных нагрузок на систему городского транспорта общего пользования.

Разрабатываемая методика сочетает основные достоинства существующих методик организации работы городского транспорта общего пользования, такие как бесперебойное обслуживание больших объемов пассажиропотоков и возмож-

ность обслуживания пассажиров в соответствии с количеством поступивших заявок. Данная методика является высоко адаптивной и может не только обслуживать большие объемы пассажиропотока, но и гибко реагировать на изменение спроса на перевозки в течение суток (например, в ночные часы).

Таблица 1

Анализ существующих методик планирования работы систем городского транспорта

общего пользования

Характеристика Методика организации работы городского транспорта общего пользования в интервальном режиме Методика организации работы городского транспорта общего пользования по требованию пассажиров Методика организации работы персонального автоматического транспорта

Преимущества Ориентированность на обслуживание большей части рассматриваемого пассажиропотока и простота реализации данного метода на практике Возможность осуществления перевозок, требующих большой быстроты и срочности Транспортные услуги доступны 24 часа в сутки

Транспортные услуги доступны по требованию, а не по расписанию

Возможность осуществления перевозок пассажиров с грузом Возможность прямого сообщение из пункта отправления в пункт назначения, без необходимости в пересадке или остановке на промежуточных станциях

Возможность осуществления экскурсионных поездок Транспортные услуги доступны по требованию, а не по расписанию

Транспортные услуги доступны 24 часа в сутки

Возможность осуществления поездок в места, куда не проложены маршруты

Недостатки Отсутствие возможности гибко реагировать на изменение пассажиропотока в течение суток Малая провозная способность в виду малой вместимости подвижного состава Малая провозная способность в виду малой вместимости подвижного состава

Невозможность использования общегородской улично-дорожной сети

Высокая стоимость строительства

Разработанная методика включает в себя следующие этапы (курсивом выделены элементы новизны по сравнению с существующими методиками):

1. Выбор и характеристика объектов обслуживания (определение наличия в рассматриваемом для транспортного моделирования секторе наиболее круп-

ных объектов массового транспортного притяжения; определение точного расположения данных объектов; установление времени работы данных объектов; проверка наличия крупных транспортных магистралей вблизи данных объектов; определение местоположения ближайших к обслуживаемым объектам станций метрополитена, городской железной дороги, автобусных станций, начально-конечных остановок автобусов, городского электрического транспорта).

2. Исследование, статистическая обработка и прогнозирование обслуживаемого пассажиропотока (исследование пассажиропотока, формируемого обслуживаемыми объектами; статистическая обработка данных пассажиропотока; построение почасовой диаграммы пассажиропотока; выявление периодов с минимальной и максимальной нагрузкой; определение периодов работы системы в интервальном режиме и в режиме работы в соответствии с поступающими заявками пассажиров; выявление закона распределения величины пассажиропотока; нахождение доверительного интервала разброса среднего значения)

3. Разработка трассы маршрута.

4. Выбор комплекса оборудования (определение номинальной вместимости необходимого подвижного состава; соответствие подвижного состава требованиям безопасности и комфорта пассажиров).

5. Организация функционирования системы городского транспорта общего пользования в интервальном режиме (расчет времени рейса; определение количества рейсов; определение необходимого количества подвижного состава для работы системы).

6. Организация функционирования системы городского транспорта общего пользования в соответствии с количеством поступивших заявок (определение времени подачи подвижного состава; расчет необходимого количества промежуточных стоянок для бесперебойного функционирования системы).

В отличие от существующих методик организации работы городского транспорта общего пользования, в разрабатываемой методике на основе исследования и анализа данных распределения пассажиропотока по времени суток, учтена возможность смены режим работы системы городского транспорта общего пользования в зависимости от суточного колебания объема пассажиропотока.

В целях определения провозных возможностей, а также выявления особенностей функционирования проведена оценка систем городского транспорта общего пользования (табл. 2).

Сравнительный анализ различных систем городского транспорта общего пользования показал, что наиболее перспективным, удобным в использовании и безопасным является персональный автоматический транспорт, так как позволяет оказывать транспортные услуги населению на качественно новом уровне.

Системы персонального автоматического транспорта, посредством автоматизированного управления, обеспечивают большую безопасность перевозок, а также большую пропускную способность линии.

Таблица 2

Оценка систем городского транспорта общего пользования

Параметр Системы городского пассажирского безрельсового транспорта общего пользования Системы легкого рельсового транспорта Такси Системы персонального автоматического транспорта

Изолированная полоса движения +/- +/- - +

Необходимость строительства коммуникаций +/- + - +

Интервал движения постоянный постоянный изменяемый изменяемый

Максимальное время ожидания Интервал Интервал Время подачи ТС Время подачи ТС

Вместимость подвижного состава До 200 чел До 300 чел До 5 чел До 30 чел

Стоимость проезда Установленный тариф Сопоставима с тарифами городского транспорта Выше стоимости проезда в городском транспорте Сопоставима с тарифами городского транспорта

Надежность соблюдения времени поездки Высокая, в случае выделенной полосы Высокая, в случае вьщеленной полосы Низкая Высокая

Влияние «человеческого фактора» на безопасность поездки Высокое Среднее Высокое Минимально

2. Разработана модель функционирования систем городского транспорта общего пользования с изменяющимся режимом работы подвижного состава и спросом на перевозки пассажиров.

Основными задачами для определения характера изменения величины пассажиропотока при проведении статистической обработки данных являются выявление закона распределения и доверительного интервала разброса среднего значения.

Данные величины используются при построении модели функционирования СГТОП в соответствии с интервалом движения маршрутного транспорта, а также в соответствии с количеством поступивших заявок на перевозку как основные характеристики входящего пассажиропотока.

В целях выявления закономерностей статистических характеристик пассажиропотоков вблизи центров массового транспортного притяжения населения был

проведен анализ изменения их величины в зависимости от времени суток в различных частях Санкт-Петербурга.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что максимальных значений величина пассажиропотока достигает во время утренних и вечерних часов-пик, в то время как в дневные часы, за исключением единичных всплесков наблюдается ее снижение.

Пиковые значения величины пассажиропотока в утренние часы при сниженных вечерних в прямом направлении (рис. 1, а) и пиковые вечерние при сниженных утренних в обратном направлении (рис. 1, б) наблюдаются в основном вблизи станций метрополитена.

а) б)

Рис. 1. Диаграмма изменения величины пассажиропотока на отрезке улицы Коллонтай.

В прямом (а) и обратном (б) направлении

Всплески величины пассажиропотока в дневные часы (рис. 2), в основном, обусловлены окончанием занятий в расположенных в непосредственной близости высших учебных заведениях, которые также являются объектами массового транспортного притяжения.

Рис. 2. Диаграмма изменения величины пассажиропотока на Невском проспекте, у Публичной библиотеки в прямом и обратном направлениях

Статистические данные о величине пассажиропотока в ночные часы отсутствуют, так как системы городского транспорта общего пользования не функционируют, за исключением ограниченного числа маршрутов ночных автобусов.

Схема построения модели функционирования СГТОП в режиме работы подвижного состава в соответствии с интервалом движения, а также в соответствии

с количеством поступающих заявок на обслуживание пассажиропотока представлена на рис. 3.

Рис. 3. Процедура построения модели функционирования СГТОП с изменяющимся режимом работы подвижного состава и спросом на перевозки пассажиров

Для проведения численного эксперимента было выбрано обслуживание аэропорта Пулково, что обуславливается проведением его комплексной реконструкции и необходимостью обслуживать возрастающие пассажиропотоки.

Пример применения разработанной методики представлен для организации работы системы городского транспорта общего пользования, функционирующей на независимой от улично-дорожной сети линии, предназначенной для связи аэропорта «Пулково» со станциями метрополитена «Проспект Ветеранов» и «Звездная».

За основу разрабатываемой для СГТОП трассы была использована часть трассы предложенного ранее проекта «Наземный Экспресс». Протяженности участков трассы маршрута приведены в табл. 3. • '

Таблица 3

Протяженности участков трассы маршрута

Пункт отправления Пункт назначения Протяженность, км

Аэропорт «Пулково» Станция метро «Проспект Ветеранов» 11

Аэропорт «Пулково» Станция метро «Звездная» 9

В соответствии с проведенными расчетами, распределение времени прибытия пассажиров на остановочный пункт Аэропорта «Пулково» описывается законом Вейбулла вида:

ед = 1,8*(о,оо17)1,81(1-8"1) е0-00171'8'1'8» 0)

Проверка правдоподобия гипотезы о принадлежности опытных данных к заданному виду вероятностного закона производится с помощью критериев: Пирсона, Колмогорова, Романовского.

Для обслуживания пассажиропотока в режиме работы СГТОП в соответствии с интервалом движения потребуется подвижной состав вместимостью 11 мест, в количестве 55 ед. Общее списочное количество с учетом коэффициента технической готовности и выпуска на линию составляет 69 ед.

В период с 01:00 по 04:00 работа подвижного состава в соответствии с фиксированным интервалом нецелесообразна, так как малые значения величины пассажиропотока повлекут уменьшение числа задействованного подвижного состава, и, тем самым, увеличение времени интервала движения, а работа подвижного состава в соответствии с количеством поступающих заявок может не только повысить качество обслуживания, но и снизить общий пробег подвижного состава.

В соответствии с проведенными расчетами, для обслуживания заявленного пассажиропотока при режиме работы СГТОП в соответствии с интервалом движения необходимо задействование четырех единиц подвижного состава, а в режиме работы в соответствии с количеством поступивших заявок необходимо задействование двух основных единиц подвижного состава, и еще одой вспомогательной из резерва, которой необходимо будет совершить один прямой рейс.

Таким образом, общий суммарный пробег ПС в случае работы в соответствии с интервалом движения составит 99 км, а в случае работы в соответствии с количеством поступивших заявок в - 77 км, что на 22,2 % ниже аналогичных показателей при работе по интервалу.

Составлена имитационная модель работы системы городского транспорта общего пользования в соответствии с различными режимами обслуживания пассажиропотока.

Исходными данными для моделирования являются параметры улично-дорож-ной сети в рассматриваемом районе, а также найденные в результате исследования и статистической обработки данных о пассажиропотоке вероятностный закон распределения прибытия пассажиров на остановочный пункт и доверительный интервал разброса среднего значения величины пассажиропотока.

В процессе моделирования осуществляется сравнение параметров обслуживания пассажиропотока системой городского транспорта общего пользования работающей в соответствии с интервалом и в соответствии с количеством поступивших заявок.

Результатом моделирования является распределение среднего времени ожидания обслуживания пассажиров при изменении количества задействованного подвижного состава, а также сведения о пробеге ПС.

В качестве примера для участка маршрутной сети аэропорт «Пулково» - станция метро «Проспект Ветеранов» протяженностью 11 км с двумя начально-конечными остановочными пунктами при скорости движения подвижного состава вместимостью 11 чел., равной 60 км/ч были смоделированы следующие ситуации:

1. Работа СГТОП в соответствии с интервалом движения в 15 мин. максимально возможном количестве используемого подвижного состава - 4 ед. в течение часа.

2. Работа СГТОП в соответствии с числом поступивших заявок на перевозку при максимально возможном количестве используемого подвижного состава -4 ед. в течение часа.

Результаты моделирования работы СГТОП в соответствии с различными режимами функционирования выявили следующие особенности:

На рис. 4 представлена схема работы СГТОП при режиме работы в соответствии с интервалом движения маршрутного транспорта, смоделированная в программной среде АпуЬо§1с.

Для упрощения моделирования представлено движение подвижного состава по участку улично-дорожной сети в одном направлении. Величина пассажиропотока в прямом направлении составляет 50 чел/ч.

Кроме того, в связи с неравномерностью подхода пассажиров к остановочному пункту, в блоке, отвечающем за посадку пассажиров в автобус, наблюдается накопление очереди не обслуженных заявок, которые с течением времени превышают вместимость подвижного состава.

Так как в данной модели, не обслуженные заявки, выходят из очереди поступивших заявок, то наполнение остановочного пункта обнуляется после каждого прибытия автобуса.

Таким образом, не обслуженные вовремя заявки не влияют на дальнейшую загрузку подвижного состава, и учет их времени ожидания не ведется, фиксируется только общее количество, не обслуженных вовремя заявок.

Рис. 4. Схема имитационной модели системы городского транспорта общего пользования при режиме работы в соответствии с интервалом движения маршрутного транспорта

При использовании двух единиц подвижного состава при установленном интервале движения 15 мин. распределение среднего времени ожидания с учетом неравномерности подхода пассажиров к остановочному пуншу приведено в табл. 4.

Таблица 4

Распределение среднего времени ожидания с учетом неравномерности подхода пассажиров к остановочному пункту

Время ожидания обслуживания, мин 0-1,5 1,5-3 3-4,5 4,5-6 6-7,5 7,5-9 910,5 10,512 1213,5 13,515

Объем обслуживаемого пассажиропотока, % 9 10 10 14 10 15 10 6 12 4

Время ожидания заявок, которые не были обслужены подошедшим транспортным средством, превышает установленное время интервала движения и растет по мере превышения максимальной вместимости подвижного состава.

При увеличении количества единиц задействованного подвижного состава уменьшается наполнение салона и увеличивается суммарный пробег, что снижает экономическую эффективность системы в целом.

Схема работы СГТОП в соответствии с числом поступивших заявок на перевозку, смоделированная в программной среде Апу1л^с приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема имитационной модели системы городского транспорта общего пользования при режиме работы в соответствии с числом поступивших заявок на перевозку

Движение подвижного состава по участку улично-дорожной сети осуществляется в обоих направлениях. Величина пассажиропотока в каждую сторону составляет 50 чел/ч.

Заявки на перевозку поступает в случае накопления группы численностью до 9 чел. (каждые 5-9 мин., исходя из учета неравномерности прибытия отдельных пассажиров).

В отличие от приведенного выше варианта работы СГТОП по фиксированному интервалу, ситуация накопления очереди заявок, превышающей вместимость подвижного состава не вызывает критического увеличения времени ожидания

большого количества пассажиров, так как при возникновении подобной ситуации может быть задействован ближайший свободный подвижной состав.

Распределение среднего времени ожидания с учетом неравномерности подхода пассажиров к остановочному пункту приведено в табл. 5.

В соответствии с данными таблицы следует, что основная доля поступающих заявок (40 %) обслуживается в течение 9 мин., а суммарное количество заявок, время ожидания которых превышает 15,5 мин. составляет 16 %. Максимальное время ожидания, зафиксированное в имитационной модели, составляет 22 мин. для 4 % поступивших заявок. Наполнение салона подвижного состава варьируется от 80 до 100 %.

Таблица 5

Распределение среднего времени ожидания с учетом неравномерности подхода пассажиров к остановочному пункту

Время ожидания обслуживания, мин 0-9 912,5 12,513,5 13,515,5 15,516,5 16,517,5 17,521 2122

Объем обслуживаемого пассажиропотока, % 40 4 18 22 4 4 4 4

Таким образом, исходя из полученных в ходе моделирования данных, можно сделать вывод, что при определенных условиях целесообразно организовать работу СГТОП по требованию пассажиров, так как это позволяет максимально полно обслуживать заявленный пассажиропоток и снижает время ожидания.

3. Разработан алгоритм управления работой маршрутного транспорта по требованию, который позволяет значительно повысить качество обслуживания пассажиропотоков.

Представлено описание составленного алгоритма функционирования системы городского пассажирского транспорта общего пользования в соответствии с количеством поступивших заявок.

Разработанный алгоритм управления работой городского транспорта общего пользования в соответствии с числом поступивших заявок на перевозку представлен на рис. 6.

Запрос пассажира на использование системы городского пассажирского транспорта общего пользования (требование) поступает на главный распределительный сервер, который определяет наличие подвижного состава на линии в данный момент времени, направление его следования, наличие свободных мест, время прибытия.

В случае если подвижной состав на запрашиваемом направлении отсутствует либо количество поступивших требований превышает количество посадочных мест и заявка, таким образом, не может быть обслужена в установленное время, имеющимся на линии подвижным составом, то в действие вводится подвижной состав из резерва.

Рис. 6. Алгоритм работы системы управления работой маршрутного транспорта в соответствии с количеством поступающих заявок

Пассажир, в свою очередь, получает информацию о времени прибытия подвижного состава и выполнении его заявки

Общие выводы

В результате анализа существующих методик организации работы систем городского транспорта общего пользования, выявлен ряд их недостатков, таких

как отсутствие гибкого реагирования на изменение спроса в течение суток либо невозможность обслуживания больших объемов пассажиропотоков.

На основании анализа разработана методика, сочетающая основные преимущества существующих методик организации работы городского пассажирского транспорта.

Апробация разработанной методики проводилась на примере обслуживания крупного центра массового транспортного притяжения и показала, что разработанная методика полностью отвечает поставленным при ее проектировании задачам.

Проведенная оценка систем городского транспорта общего пользования обеспечила определение провозных возможностей, а также функциональных особенностей их применения.

Определение закономерностей распределения пассажиропотоков вблизи от объектов массового транспортного притяжения обеспечило оценку колебания спроса на перевозки в течение суток.

Проведенные в диссертационной работе исследования показали, что реализация разработанной методики обслуживания способна обеспечить прибыль, при сохранении доступности пользования широкому кругу потребителей.

Основными результатами исследований, проведенных в диссертационной работе, явились:

1. Методика организации и планирования работы систем городского транспорта общего пользования, учитывающая вероятностную специфику формирования пассажиропотока в течение суток; позволяющая варьировать режим работы подвижного состава в периоды максимальных и минимальных нагрузок.

2. Модель функционирования систем городского транспорта общего пользования с изменяющимся режимом работы подвижного состава и спросом на перевозки пассажиров.

3. Алгоритм управления работой маршрутного транспорта в соответствии с количеством поступающих заявок на перевозку.

4. Экономический эффект от использования системы городского транспорта общего пользования, функционирующей в соответствии с количеством поступающих заявок, который достигается посредством обеспечения оптимального наполнения салона подвижного состава в 80-85 % и максимальным сокращением непроизводительных пробегов; установлено, что в часы с низким спросом на перевозки пробег ПС СГТОП, работающей в соответствии с количеством поступивших заявок на 12,5 % ниже, чем СГТОП, работающей в интервальном режиме. Из расчетов, проведённых в диссертационной работе, следует, что общая стоимость строительства означенной СГТОП составит 4,2 млрд руб.; планируемый срок окупаемости для капитального строительства 25 лет, а срок окупаемости подвижного состава равен десяти годам. При запланированном сроке окупаемости капитальных строений и сроке службы подвижного состава ежемесячная чистая прибыль составит 3,6 млн руб., при этом стоимость билета составляет 35 руб., что сопоставимо с тарифами городского транспорта общего пользования.

III. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ: публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Чеботарёв, A.B. Маршрутные системы общественного транспорта, функционирующие по требованию пассажиров / А.Э. Горев, A.B. Чеботарёв // Автотранспортное предприятие. -2013, №2, с. 18-21. 0,6п.л./0,3п.л.

2. Чеботарёв, A.B. Разработка методики организации работы систем городского транспорта общего пользования, меняющих тип обслуживания в соответствии с изменением спроса на перевозки пассажиров / А.Э. Горев, A.B. Чеботарёв // Современные проблемы науки и образования. - 2013, № 3; URL: http:// www.science-education.ru/109-9456. 0,5п.л./0,25п.л.

3. Чеботарёв, A.B. Организация функционирования системы городского пассажирского транспорта в режиме работы по требованию пассажиров / A.B. Чеботарёв // Вестник гражданских инженеров. - 2013, №4(39), С 173-176. 0,5п.л.

публикации в других изданиях:

4. Чеботарёв, A.B. Предоставление населению транспортных услуг в соответствии с фиксированным спросом // Актуальные проблемы современного строительства. Междунар. науч-техн конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: докл. СПбГАСУ - СПб., 2012,С 92-94. 0,3 п.л.

5. Чеботарёв, A.B. Разработка проекта системы PRT // Аюуальные проблемы современного строительства. Междунар. науч-техн конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: докл. СПбГАСУ - СПб 2010 С 87-90 0,3 п.л.

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 13.11.13. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 120 экз. Заказ 163. Санкт-Петербургский государственный архитеетурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4. Отпечатано наризо1рафе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

., „ л я, _ На правах рукописи

04201453435 ^

ЧЕБОТАРЁВ Андрей Владимирович

МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ В СООТВЕТСТВИИ С

ИЗМЕНЕНИЕМ СПРОСА

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор экономических наук, профессор, Горев А. Э.

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДИК ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ............................8

1.1 Методики планирования работы систем городского транспорта общего пользования........................................................................................................11

1.1.1 Интервальный метод планирования работы городского транспорта общего пользования.......................................................................................13

1.1.2 Обслуживание пассажиров по требованию........................................14

1.2 Персональный автоматический транспорт...............................................17

1.2.1 Анализ конструктивных решений.......................................................19

1.2.2 Анализ используемых систем РЫТ......................................................21

1.3 Выводы по главе 1........................................................................................24

ГЛАВА II. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАССАЖИРОПОТОКОВ СТАТИСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ...............................................................26

2.1 Существующие методы прогнозирования пассажиропотоков...............27

2.1.1 Методы прогнозирования пассажиропотоков....................................27

2.1.2 Многофакторные модели прогнозирования.......................................37

2.1.3 Метод автоматизированного прогнозирования пассажиропотоков 39

2.1.4 Условия остановки процесса поиска оптимальной детерминированной основы прогноза пассажиропотоков.........................48

2.1.5 Возможность применения метода автоматизированного прогнозирования пассажиропотоков к автоматизированным системам организации работы городского пассажирского транспорта на примере ИС СКАТ.........................................................................................................51

2.2 Статистическая обработка данных пассажиропотока.............................56

2.2.1 Предварительная обработка результатов наблюдения.....................57

2.2.2 Критерий для неприятия резко выделяющихся наблюдений...........65

2.2.3 Интервальное оценивание....................................................................66

2.4 Анализ изменения объема пассажиропотока в различные часы............68

2.5 Выводы по главе II.......................................................................................87

ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ В СООТВЕТСТВИИ С ИЗМЕНЕНИЕМ СПРОСА НА ПЕРЕВОЗКИ ПАССАЖИРОВ В ТЕЧЕНИЕ СУТОК...............................................................89

3.1 Выбор и характеристика трассы и объектов обслуживания...................91

3.2 Исследование, статистическая обработка, анализ и прогнозирование пассажиропотока................................................................................................92

3.3 Разработка трассы маршрута......................................................................96

3.4 Выбор комплекса оборудования................................................................96

3.5 Расчет потребности в оборудовании для работы с фиксированным интервалом..........................................................................................................97

3.6 Организация функционирования системы городского пассажирского транспорта в режиме работы по требованию пассажиров............................98

3.7 Моделирование работы СГТОП в соответствии с фиксированным интервалом и в режиме работы по требованию пассажиров в программной среде АпуЬо§ю.................................................................................................103

3.8 Выводы по главе III...................................................................................107

ГЛАВА IV. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ......109

4.1 Выбор и характеристика трассы и объектов обслуживания.................110

4.2 Статистическая обработка данных пассажиропотока аэропорта «Пулково».........................................................................................................113

4.3 Проверка гипотезы о принадлежности опытных данных к закону Вейбулла...........................................................................................................113

4.4 Выбор комплекса оборудования..............................................................121

4.5 Расчет потребности в оборудовании для работы СГТОП с фиксированным интервалом...........................................................................124

4.5.1. Расчет потребности в оборудовании для участка маршрута от аэропорта «Пулково» до станции метро «Проспект Ветеранов»............124

4.5.2. Расчет потребности в оборудовании для участка маршрута от аэропорта «Пулково» до станции метро «Звездная»................................126

4.6 Организация работы СГТОП по требованию.........................................130

4.7 Организационная структура проектируемой системы СГТОП............135

4.8 Выводы по главе IV...................................................................................138

ГЛАВА V. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ................140

5.1 Определение стоимости постройки системы..........................................140

5.2 Определение затрат на эксплуатацию системы......................................142

5.3 Определение тарифа на перевозки...........................................................146

5.4 Выводы по главе V....................................................................................147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................148

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ..................................................................................150

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все более возрастает спрос на круглосуточные перевозки пассажиров, чему свидетельствует появление в большинстве стран ночных автобусов, что вызывает необходимость создания современной методики способной наилучшим образом удовлетворять потребности по перевозке пассажиров в любое время суток.

Появление в последние десятилетия крупных торговых, развлекательных и досуговых центров, создало совершенно новый класс объектов массового транспортного притяжения, а, зачастую, расположение подобных объектов позволяет обслуживать их только при помощи безрельсового городского транспорта общего пользования.

Более низкая стоимость организации работы систем городского наземного безрельсового транспорта общего пользования, возможность организации, в отдельных случаях, выделенных полос для движения, а также появление в последнее время подвижного состава со значительной пассажировместимостью позволит оказывать населению услуги по перевозке на принципиально новом уровне.

Увеличение насыщенности городов легковыми автомобилями привело к снижению скоростей движения всех видов уличного транспорта, повышению загазованности и шума. Поэтому в последнее время особое внимание стали уделять созданию новых видов городского транспорта и совершенствованию существующих, которые сочетали бы достоинства, присущие легковому автомобилю.

Предполагается, что проблему городского транспорта должны решить автоматизированные транспортные системы, по удобствам и комфортабельности поездки сравнимые с легковыми автомобилями.

Новые автоматизированные пассажирские транспортные системы с полной автоматизацией управления с помощью ЭВМ должны работать

совместно с другими видами транспорта, которые также должны постепенно переходить на автоматизацию управления.

Применение для перевозок пассажиров новых и модернизированных видов городского пассажирского транспорта [9, 11, 12, 13, 18, 54, 55, 65], несомненно, повлечет за собой модернизацию существующей системы организации работы транспорта общего пользования.

В соответствии с вышесказанным, нужно отметить, что для реализации проекта системы городского транспорта общего пользования (СГТОП), которая позволит с высокой надежностью, эффективностью, качеством и безопасностью обслуживать пассажиропотоки, образуемые городскими центрами массового транспортного притяжения необходимо создание методики планирования работы подобной системы, способной наилучшим образом отвечать поставленным задачам.

Актуальность данной работы обусловлена следующими факторами:

1. Необходимостью создания методики позволяющей качественно обслуживать большие объемы пассажиропотоков, при этом способной гибко реагировать на изменения спроса на перевозки в течение суток.

2. Необходимостью повышения транспортной мобильности в крупных городах.

3. Необходимостью повышения эффективности работы пассажирского транспорта при обслуживании крупных центров массового притяжения населения.

4. Необходимостью повышения безопасности, надежности и комфортности пассажирских перевозок.

5. Необходимостью снижения внешних издержек транспортных систем.

Таким образом, целью диссертации является разработка методики организации обслуживания пассажиропотока в периоды с низким спросом.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика организации и планирования работы систем городского транспорта общего пользования, учитывающая вероятностную специфику формирования пассажиропотока в течение суток; позволяющая варьировать режим работы подвижного состава в периоды максимальных и минимальных нагрузок.

2. Разработана модель функционирования систем городского транспорта общего пользования с изменяющимся режимом работы подвижного состава и спросом на перевозки пассажиров.

3. Разработан алгоритм системы управления работой маршрутного транспорта в соответствии с количеством поступающих заявок.

Практическая ценность данной работы заключается в создании принципиально новой методики организации работы систем городского транспорта общего пользования, комбинирующей интервальный метод обслуживания пассажиропотока, с методом работы по требованию пассажиров который позволяет иметь высокие провозные возможности, и обладает большей гибкостью и приспосабливаемостью, варьирующей режим обслуживания в зависимости от изменения спроса на перевозки в течение суток.

Реализацией результатов исследований может являться применение данной методики организации работы систем городского транспорта общего пользования при обслуживании пассажиропотоков, величина которых значительно изменяется в течение суток.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДИК ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Существующие методики организации работы городского пассажирского транспорта отражены в приказе Минавтотранса РСФСР №200 «Об утверждении правил организации пассажирских перевозок на автомобильном транспорте» от 31 декабря 1981 года; постановлении Правительства РФ от 14 февраля 2009 года №112 «Об утверждении Правил перевозок пассажиров и багажа автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом» (с изменениями от 7 сентября 2011 года); и предусматривают организацию регулярных автобусных маршрутов, работающих в соответствии с фиксированным интервалом.

Деятельность по перевозке пассажиров и багажа легковыми таксомоторами регулируется также статьей 9 Федерального закона от 21 апреля 2011 года №69-ФЗ.

В настоящий момент основным документом, регламентирующим работу городского наземного транспорта общего пользования, является Устав автомобильного транспорта и городского наземного электрического транспорта в редакции федеральных законов от 21.04.2011 №69-ФЗ, от 06.11.2011 №296-ФЗ, от 28.07.2012 №131 -ФЗ.

За период с 1990 по 2010 годы значительно изменилась ситуация в работе транспорта общего пользования в Российской Федерации [21, 29, 30, 67].

Сведения об изменении размера парка подвижного состава транспорта общего пользования и количества легковых автомобилей в собственности населения приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Наличие транспортных средств (на конец года; тыс. штук)

Показатель 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Автобусы общего пользования (без субъектов малого предпринимательства) 153 128 109 79 72 69 64 65 63

Легковые автомобили в собственности граждан 8 677 13 68 8 19 09 7 24 12 5 25 28 2 27 75 5 30 30 0 31 34 1 32 62 9

Графически данные о количестве автобусов общего пользования

представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Диаграмма изменения количества автобусов общего

пользования

В соответствии с данными [59, 66] общее количество автобусов общего пользования на 2010 год сократилось по отношению к 1990 году более чем в два раза со 153 до 63 тыс. штук.

Столь значительное падение связано с особенностями статистического учета, поскольку в статистике не отражаются автотранспортные средства, принадлежащие частным лицам и предприятиям малого бизнеса, которые в последнее время играют всю большую роль в перевозках пассажиров.

Количество легковых автомобилей в собственности граждан за период с 1990 по 2010 год увеличилось в 3,7 раза с 8 677 до 32 629 тыс. штук.

Сведения об изменении объемов перевозок пассажиров по видам транспорта общего пользования приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Перевозки пассажиров по видам транспорта общего пользования, млн. чел.

Вид городского транспорта общего пользования 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Автобусный (включая маршрутные таксомоторы) 28 626 22 817 23 001 16 374 14 734 14 795 14718 13 704 13 434

В том числе по г. Санкт-Петербург 1 716 950 1 910 1 025 736 510 525 488 473

Таксомоторный 557 66 16 6 7 8 7 7 8

Трамвайный 6 000 7 540 7 421 4 123 3 267 2 660 2 537 2217 2 079

Троллейбусный 6 020 8 475 8 759 4 653 3 775 2 972 2 733 2414 2 206

Метрополитен 3 695 4 150 4 186 3 574 3 466 3 528 3 594 3 307 3 294

В соответствии с данными [59, 66] объем перевозок пассажиров автобусами общего пользования на 2010 год сократился по отношению к 1990 году более чем в два раза с 28 626 до 13 434 млн чел., а объем перевозок пассажиров автобусами общего пользования в Санкт-Петербурге сократился в 3,6 раза с 1 716 до 473 млн чел.

Объемы перевозок пассажиров трамваями и троллейбусами за означенный период сократились в 2,8 и 2,7 раза соответственно.

Объем перевозок пассажиров метрополитеном за период с 1990 по 2010 годы сократился на 10,8% с 3 695 до 3 295 млн чел.

Снижение показателей объемов перевозок пассажиров транспортом общего пользования вызвано в первую очередь высокими темпами роста автомобилизации, так как количество легковых автомобилей в собственности граждан за означенный период выросло в 3,7 раза.

Объем перевозок пассажиров легковыми таксомоторами сократился в 69,6 раза с 557 до 8 млн чел.

Такое значительное снижение объема перевозок может быть вызвано в первую очередь значительным ростом тарифов на таксомоторные перевозки.

Таким образом, в период с 1990 по 2010 годы наблюдается значительный спад спроса на перевозки пассажиров транспортом общего пользования и значительное повышение уровня обеспеченности населения легковыми автомобилями.

1.1 Методики планирования работы систем городского транспорта общего пользования

При разработке технико-экономических основ генеральных планов городов, транспортных разделов генеральных планов и комплексных схем развития всех видов городского пассажирского транспорта необходимо определять перспективные пассажирские и грузовые потоки на транспортной сети [70, 78, 79].

Исходными данными при определении перспективных потоков являются численность населения города и пригородов, его размещение на территории города и пригородов, а также численность рабочих и служащих крупных предприятий и других пунктов тяготения.

В настоящее время прогнозы развития транспорта на перспективу нередко составляют на основании отчетно-статистических данных. Такой метод, по существу, неправилен, так как в расчетах используются данные, характеризующие сложившуюся обстановку со всеми ее недостатками.

Получить достоверные данные можно только таким методом, который будет базироваться на закономерностях, наблюдающихся в передвижениях городского населения [61, 70, 71, 74, 78, 79].

Таким образом, для обоснованного прогноза перспектив развития транспорта необходимо выявить на базе теоретических расчетов характер пассажирских потоков, их величину и распределение по отдельным направлениям. Теоретические методы расчетов основаны на закономерностях внутригородских передвижений населения.

В 1963 году в НИИАТ впервые задача выбора схемы городских автобусных маршрутов была решена как экономике-математическая. В дальнейшем постановка и методы решения этой задачи были в деталях усовершенствованы и создана соответствующая программа ее решения на ЭВМ.

В 1984 году Министерство автомобильного транспорта РСФСР утвердило разработанное НИИАТ руководство по составлению рациональных схем автобусных маршрутов в городах [67].

В нем рекомендуется составлять с использованием ЭВМ рациональные схемы автобусных маршрутов для городов с населением 80-750 тыс. жителей и количеством маршрутов от 10 до 105, описан порядок организации работ по составлению таких схем, уточнению, сбору, и подготовке исходной информации, ее корректировке, анализу получаемых результатов и выбору окончательного варианта решения.

В настоящее время широкое распространение получили две основных методики организации работы городского пассажирского транспорт�