автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Совершенствование управления развитием парка грузового автотранспорта региона

Нз правах рукописи

ГРИГОРЬЕВА ЯНИНА ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ПАРКА ГРУЗОВОГО АВТОТРАНСПОРТА" РЕГИОНА

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996'

Работа выполнена на кафедре "Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте" Московского государственного автоыобиль-но-дорожного института (технического университета).

. Научный руководитель - .кандидат технических наук,

профессор A.B. Ефремов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор В.А.Корчагин - кандидат технических наук Е.И.Воскобойник

Ведущая организация - Государственный научно-

исследовательский институ: автомобильного транспорта ' - . (НИШ)

. . Защита состоится (У&С&ОрЗ,, 1996 г. в IО часов

на заседании диссертационного совета К 053.30,03 ВАК России при Московском государственном автомобижьно-дорожноы институте (техническом университете) по адресу: 125329, ГСП-47, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42

С диссертацией ыакно ознакомиться-в библиотеке института.

Автореферат разослан к а ШЛА-1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета' к.т.н., профессор

В.М.Власов

ОЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

АКТУвДЬ КОСТЬ Пробдеиы. АЗТШОбКЩ>КО-дОрОКЕЫЙ КСМШШКС (АДК) является ваяной составной частью производственной инфраструктура региона. Пои этом он является одним из вазнейаих источников загрязнения окружающей среды, одним иа главных потребителей энергорэ-сурсов и человеческого труда. .Однако, нельзя представить себе развитие общества на данном уровне технических возможностей без автотранспорта, без автомобильных дорог, без тех удобств, которые он нам предоставляет, без тех рабочих мест, которые обеспечивают существование МИЛЛИОНОВ ЛЮДеЙ. - • "

За долгие годы практического управления развитием АДК наукой решалось огромное число различных классов задач, таких как формирование оптимальных маршрутов, планирование работы грузового и пассажирского автотранспорта, совершенствование структуры парка, управление транспортными потоками к регулирование движения, техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств, развитие сети автомобильных дорог региона и др. Однако, все зти классы задач рассматривались. при минимуме связей между задачами и с использованием узко специализированных критериев. На современном этапе развития'АДК; когда во главу -угла встают • экологе1 экономические проблемы, когда ухе недостаточно прибегать к частным решениям, объективно возникает потребность создания единой модели развития АДК и управления развитием АДК как целого, создания систематического инструмента разработки долгосрочных программ, разработки региональных рычагов управления. Ери этом есть смысл рассматривать АДК не более, чем в региональном масштабе, поскольку только в этом случае можно сформулировать и решить задачу с учетом конкретных условий в рамках приемлемой размерности.

В связи с этим цедьп данного исследования является совершенствование управления развитием автомобильно-дорожного комплекса региона п<3 эколого-экономичеекзш критериям.

В диссертации предполагается рассмотреть: модель оптимального управления , развитием парка грузового автотранспорта региона с экпдого-эконошгаеекпх позиций;

- модель взаимодействия грузового автотранспорта региона ( с учетом транзита ) с автодорожной сетью на предмет определения воздействия автотранспортных средств на дороги а оценки зкономическо-

го ущерба дорсккси сети и экологической обстановки ка автомобиль-но-дорозшай сей: (АДС) региона.

• Научная нозизна работы состой? в том, что разработан научный инструмент оптиаазьного управления развитием ДЦК региона в виде динамической имитационной подели на ПЭВМ. Этот инструмент объединяет имитационное моделирование перевозочного процесса, маршрутизации, применение элементов искусственного интеллекта з форме экспертных оценок и безусловную и условную пошаговую оптимизация. Подобное объединение различных подходов возводило впервые поставить к решить приведенную выазе задачу-

Прастическзя. ценность работы заключается в том, что с .помощью модели шкка обоснованно разработать оптимальную по акадого-акано-мичесющ показателям ПРОГРАММУ развития ДЦК области на Т=10-20 лет и обеспечить обоснованное формирование-набора экономических и административных рычагов управления этим развитием- Разработанная имитационная модель реализована в виде, пакета программ для ПЭВМ.

Практическая реализация. Результаты работы предложены Отделу информационных ресурсов и технологий аппарата. Совета Федераций Федерального. Собрания Росши как один из инструментов информационных технологий на предает его возможного использования Руководством субъектов Федерации.

Основные теоретические результаты предполагается использовать в курсах открывающейся в МДЦИ специальности " Инженерная -защита окружающей среды ка автомобильном транспорте" и уже существующей специальности " Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте", а разработанные программы в соответствующих лабораторных практикумах.

Апробация работы. Основные теоретические положения докладывались на:

52 и 53-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях ЙАДИ В 1994-1995. ГГ. ;

заседаниях кафедры " Организация перевозок и управление на •автомобильном трааспорте":в 1993-1995 гг.; '

научной конференции по проблемам зшшэгии, состоявшейся в . МАДИ 12-14 апреля 1995г; ' " ' '

научной конференции "Новые■ компьютерные технологии в-учебном процессе и научных исследованиях", 14-15 декабря 1995г., МАДИ; , международном конгрессе "Экологические проблемы больших горо-

- О -

доз: инженерные решения", 15-17 usa 1996г., Москва.

Публикации. Результаты выполненных исследований охранены в 4 публикациях.

На защиту выносятся:

1. представление процессов в АДК региона з виде динамической имитационной модели взаимосвязанных блока развитая грузового автотранспорта региона и блока автомобильно-дорожной сети, на кото- -рой он функционирует, с выделением зкплсгнческшс и экономических показателей и эвристических подходов к принятии управленческих решений; .

. . 2.. штодшса. .оптимизации . процесбов в • АДК. и направление этих процессов в желательном для общества направлении;

3. представление задачи управления развитием ДЦК региона как информационной технологии, которая содержит необходимый вид базы данных по каждому субъект/ Российской Федерации, рекомендуемый набор эвристик для принятия управленческих решений, и собственно модель управления развитием АДК. '

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литература и приложении. Она содержит 103 стр. машинописного текста, 15 таблиц, 4 рисунка и 7 приложений. Библиография на 8 стр.- вклпчает 76 -наименований,.. ,.

Работа,выполнена в Московском государственном автомобиль-но-дорожном институте ( техническом университете ).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются цель и направления работа.

В первой главе дано представление об АДК как об объекте моделирования и указано место модельного инструмента з решении задач управления развитием АДК.

Под автомобидьно-дрраящш комплексам (АДК) понимается совокупность взаимодействующих автотранспортных 'средств, сети автомобильных дорог, систем технического обслуживания автомобилей,- комплекса дорожно-строительных организаций й систем управления транспортными потоками; обеспечивающая перевозки грузов и пассажиров

автотранспортом с заданной эффективностью. Вся . aira ' совокупность функционирует в условиях конкретного региона.

' Исследование АДК да уровка Субъекта Российской Федерации вызвано следующий! факторами:

1. Передача части функций Центра Субъектам Федерации с целью реализации их автономии; ' X

ч

2. Возможность наиболее полного учета региональных особенностей именно на уровне Субъектов Федерации;

3. Научная несостоятельность разделения единого целого - АДК, на якобы автономные части.

Модель АДК региона включает в себя- следующие блоки: . -

- блок развития грузового автотранспорта региона;

- блок развития легкового автотранспорта региона;

- блок развития автобусного парка;

- блок развития с.ети автомобильных дорог региона;

- блок развития системы'технического обслуживания;

- блок развития,-системы.;управления, транспортными потоками и безопасностью- движения.

Все блоки модели сформированы по единому принципу.

Основой функционирования и развития каждого, блока являются его основные производственные фонды" (ОШ), создающие ту услугу, за которую общество платит деньги, вследствие чего блок имеет прибыль и может развиваться в условиях рьшка.

Стратегию развития в каждом блоке формирует своя решающая функция RF, содержащая модель оптимального распределения средств, направляемых на развитие блока, и в которой формализуется опыт прошлого развития, объединяется интеллект многих экспертов и отра-■жаетоя замысел новых направлений.

Каждый блок, как и модель в целом, должны быть охвачены контуром оптимизации.

Выходом каждого блока должна быть динамика (траектория) желательного оптимального изменения структуры и объема ОШ) блока на заданием горизонте планирования в Т лет.

Все, что .относится к-модели АДК, в диссертации рассмотрено на примере двук блоков - блока грузового автотранспорта (ГАТ) и грузовых автомобильных перевозок на автоыобильно-дарожной сети (АДС) региона. Поскольку предполагается, что если показать возможность разработать инструмент на этих двух блоках, то это автоматически

подтвердит применимость подхода и к АДК в целом.

Задачу оптимального развития парка ГАТ с учетом его взаимодействия с АДС как основную часть модели развитая АДК региона можно сформулировать как задачу исследования операций: для объекта управления, представленного парком ГАТ П, сетью автомобильных дорог С и матрицей корреспонденции К, определяющей объемы грузопотоков на АДС, определить на заданном горизонте планирования Т:

- вектор планирования V={ u,v }, Ve.Q; 1 (1.1) где u(t) - план развития .ГАТ;

v(t) - план развития АДС; -й- - область допустимых'управлений;

- обеспечиваший достижение к . году Т экстремума некоторой функции F, характеризующей АДК с общественной и экономической позиции и заданной на множестве ß

"■opt F( П,С,К ), VeiT (1.2)

V

при удовлетворении заданной системе ограничений в виде функции G

Б( П,С,К ) 0. (1.3)

V

В историческом плане развитие автоысбшшно-дорожного комплекса (АДК) определяется некоторым балансом С R-G ) позитива R, предоставляемого АДК человечеству, и-негатива Б, • сопровождающего его функционирование.

В последние десятилетия негатив Б приобрел угрожающи характер, но общество уже не может "отказаться от позитива R и задача оптимизации развития АДК может в общем случае формулироваться следующим образом:

- при заданном уровне развития науки и техники (УНТ) минимизировать негатив Б при условии, что позитив R не будет меньше некоторого заданного уровня Кзад

{ min G | R > Кэад | УНТ }, или (1.4)

- при заданном уровне развития наука и техники (УНТ) максимизировать позитив R при условии, что негатив 6 не будет превышать некоторого допустимого уровня Б500 "

. { шах R I В < Б30" | УНТ >. (1.5)

Дальнейшая детализация критериев прежде всего -связана е конкретизацией критериальных показателей?

Во второй главе показана возможность решения задачи разработка Программы совершенствования структура парка, грузовых автомоби-

лей региона или любой его достаточно замкнутой части (крупного города) с применением эколого-экономических критериев -и при использовании элементов искусственного интеллекта (в форме экспертных оценок).

Проведен анализ существующих подходов к формированию структуры парка грузового автотранспорта (ГAT). Отмечено, что задача совершенствования структуры грузового автомобильного транспорта ставилась и решалась неоднократно, ко, как правило, эти постановки носили конкретно очерченный, сравнительно узкий характер. Этому вопросу посвящены работы Афанасьева Л. Л., Великанова Д.Л., Иванова В.Н., Королькава KLA., Кузнецова ЕЛ., Лахно.Р.П., Малышева А.И., Сорокина Б. Д., Тихомирова Е.Ф., Чеботаева А. А., Панова С.А. и др. При этом принимались во внимание такие факторы как партионность отправок, специализация подвитого состава по роду груза, грузоподъемность и возраст автомобилей и т.д., а за критерий оптимальности принимался минимум народнохозяйственных затрат, связанных с перевозкой, хранением, производством и обращением грузов.

Из анализа существующих по данной проблеме работ можно сделать вывод, что работы отечественных авторов ставят и решагот проблемы управления развитием грузового автотранспорта на уровне отдельных автотранспортных предприятий, осуществляя выбор подвижного состава без учета таких аспектов как экология, дороги и т.д. Однако, применительно к перевозкам специфических грузов (крупногабаритных тяжеловесных грузов) такой класс задач уже решался.

Совершенно иной подход предлагают американские авторы. В их работах по управлению экологическим развитием транспорта просматривается тощкш модельный аппарат, на базе которого издаются и принимаются законы. Не исключена, что в перспективе такой инструмент потребуется и в России. Поэтому в качестве примера- рассмотрен вариант модели для блока ГАТ региона.

Модельный объект (парк ГАТ) сформирован таким образом, 'чтобы на нем можно было исследовать возможности совершенствования структуры парка грузового автотранспорта в рамках имитационной модели, , проверить чувствительность модели к предполагаемым воздействиям (управлениям). ' '

Парк состоит из автомобилей десяти марок и все дальнейшие изменения происходят только в пределах этих 10-ти марок.

По грузоподъемности парк рагбих на две "контрастные" группы с

грузоподъемностью з 10 и 3 тонны ( "тяжелые" и "легкие"). Это сделано дня того, чтобы эвристическая функция оценки важности в развитии именно фактора грузоподъемности могла лроявять свои свойства. 'Всего в исходной структуре парка 46000 единиц» из них половина - десятитонные автомобили. Марки распололены симметрично внутри калдой группы.

Каждая из групп автомобилей такяе шеет контрастное построение. Первые две марки - это сравнительно "грязные" автомобили. Их в модели по ЮОООед. Такое представление позволит оценить роль эвристик, связанных с "чистотой" автомобилей, с их стоимостью, что отражает контрастность парка по стоимости автомобилей.

Одним из важнейших техзкко- эксплуатационных показателей работы ГАТ является объем транспортной работы. Величины требуемого TRT и возможного TR3 объема транспортной работы изменяются в процессе моделирования каддая по своему закону. Величина TR® . меняется во времени в связи с направленным изменением ( задается решающей функцией и критериями оптимизации) численности и структуры парка ГАТ региона _

TR®(t)=S Nj (tJ^^Bj^IjArtjAflCSj.Zj.HTP.tjADAy, (2.1) где Qj - грузоподъемность автомобилей марки 3, тонн;

Lj - средний для марки 3 пробег- в сутки, км; •

- средний для марки j коэффициент использования пробега;

а, - коэффициент выпуска для автомобилей марки з;

DAY- число рабочих дней в году;

fl(Sj,Zj,HTP,t) - некоторая функция, оцениващая влияние на производительность ГАТ таких факторов, как среднее качес-" тво дорог в году t для автомобилей марки j, средняя плотность транспортных потоков, влияние внедренных к году t научно-технических программ.

В качестве исходной предпосылки принято, что требуемый объем грузовой автотранспортной работы TRT для региона в целом в начале моделирования задается пропорционально возможному объему ( в начальном состоянии имеет место примерно ЮХ-й дефицит транспортной работы). TRT(t) меняется во времени пропорционально ожидаемому росту'Производства; в регионе ( в - модели заложен 3%-й ежегодный прирост). .

Для того, чтобы модель была "чувствительна" :: цене на топливо и объемам вредных выбросов для конкретных марок автомобилей з, в

- а -

расчет расходов введены поправочные коэффициенты К1 и К2 соответственно. Эти коэффициенты учитывают: К1 - чем дороже топливо или чем больше его расход, теы прибыль меньше. К2 - чем больше объем выбросов УВ,' для автомобиля марки з, тем прибыль меньше за счет налога.

Следует отметать, что экономическая часть модели сформирована достаточно условно, поскольку ее цель лишь в том, что если АДК что-то "зарабатывает", то используя эти средства возможно в принципе решить экологические (объемы токсичных выбросов ВС) и социальные (число рабочих мест) проблемы региона.

Накопления ГАТ. решашцзя функция ИР долина .наилучшим образом распределить по двум направлениям вложений:

- на закупку новых автомобилей взамен естественно выбывших и 'на обеспечение растущих потребностей в перевозках;

- на реализацию научно-технических программ, обеспечивающих уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду.

В модель пока включены только две программы:

а) программа создания единой системы планирования и управления работой грузового автомобильного транспорта региона;

б) программа установки на автомобилях с бензиновыми. двигателями нейтрализаторов.

Вариант распределения средств в первом приближении представим следующей схемой. , ~

Вводится некоторое произвольное число (эвристика) 0,1^8(1)^0,95, показывающее доли накоплений, отводимых на закупки автомобилей ' • ~

Б2=НАТ(Т+1)*й(1), (2.2)

и на научно- технические программы (НШ)

Ш«НАТ(Т+1)-1К. , - "' (2-3)

Для распределения средств на закупки автомобилей различных медок в модели первого приближения используются следущие эвристики:

- эвристика для цены :на автомобили

. Е1= 1+Б2.(Т)/САз, . (2.4)

где 52 - средняя дана одного автомобиля в составе парка в году Т. По этой эвристике предпочтение отдается тем маркам, которые дешевле, чем в среднем по парку.

- эвристика для выбросов

E2=l+BSG/BGj, (2-5)

где BS3 - средний по парку выброс на одну тонну в день;

EG, - 'величина токсичных выбросов на 1 тонну грузоподъемности у автомобиля марки j. По этой эвристике предпочтительнее те автомобили, выброс которых Hinte среднего по парку.

- эвристика для дефицита провозных возможностей

E3=l+GFDj/5GPD, (2.6)

где SGPD - средняя грузоподъемность автомобиля в парке. Ш этой эвристике предпочтительнее те.автомобили, грузоподъемность ■ которых вше (ЕЗ больше). '

Для каждой марки о определяется ее рейтинг в виде взвешенной мультипликативной свертки

Ej-EliGrÄJnE2iGt3,^E3iSW)-. (2.7)

Средства на закупку автомобилей между марками з распределяются в соответствии с их рейтингами.

Таким образом, предполагается, что подбор четырех чисел 3(1)"-¡3(4) позволит распределить накопления оптимальным образом.

■ • Третья глава посвящена разработке модели" авгамобш&но-дорожной сети (АДС) региона первого приближенна, которая позволяет установить связь между объемом междугородных автомобильных перевозок, структурой парка грузового автотранспорта (ГАТ), нагрузками на ■ дороги и способом формирования маршрутов грузовых автоперевозок.

В связи с тем, что дорожная сеть (АДС) региона выступает, в перйую очередь, как пространство, на котором автомобильный транспорт проявляет свою общественную полезность и общественную опасность, то рассматривать автотранспорт необходимо с учетом его взаимодействия с АДС региона.

Автомобильные дороги по качеству делятся на 5 категорий. Пространство из дорог пяти категорий будет характеризоваться следующими показателями:

- протяженностью участка - iK дороги категории к - LjK» км;

- нормативной ценой ремонта 1 км дороги к-й категории СГОк, шш.руб./км;

- допустимой (расчетной) величиной суммарной транспортной

нагрузки ТКк* для дороги к-й категории, тонн. Качество участка д.« дороги к-й категории в фрагменте модели предлагается оценивать одним числом 0< З^кО^ 1, которое имеет физический смысл относительного снижения средней скорости доставки грузов' на этом участке' по отношению к расчетной, принимаемой при технико-экономических расчетах, вследствие снижения качества (частичного разрушения) дорсишого покрытия.-

Решением задачи изменения относительного показателя качества участка з.к дороги категории к является соотношение вида

БкаМ-Б^и-е-^^), * (3.1)

в.которой фигурирувт два.параметра:амплитуда 5ка и постоянная времени хк.

Амплитуда Бка означает предельную степень разрушения дороги. 8 модели будем полагать ^=0,5-0,6 (снижение средней скорости доставки на'50-50%).

Постоянная вреыанн гк - отрезок времени, в течение которого снижение показателя Бк произойдет в е=2,72 раза по сравнению с тем, 'каким он был в произвольный момент времени

В фрагменте модели показатель экспоненты для дороги категории к. предложено .представить в следующем виде.

ШЗк Шк11"

- «к-

УШк

(3.2)

где 2ШК- планируешь моделью вклад средств в ремонт участка дороги категории к в году млн. руб.,/год; ЬОк^СИСк - норматив, средств, на ремонт, исходя из "протяженности дороги и нормативной цены ремонта 1 км дороги;

ТНкн - расчетный норматив нагружений на дорогу в год;

ТМКП - приведенное, фактическое нагружение дороги в .год.

Первое слагаемое в числителе (3.2) связано с вложением средств. Оно всегда неотрицательно. Второе слагаемое в числителе (3.2) связано с нагрузкой на дорогу, всегда отрицательно и направлено на скижение качества: дороги.

Коэффициент

о« есть коэффициент пропорциональности между затратами на ремонт и "жесткостью'! эксплуатации дороги. ^Значения «к-и' УЩс могут быть оценены экспертиз или путем обработки статистики.

Физический сшсл и величину УКВ* легко усмотреть как интервал времени уменьшения показателя БкШ в е-раз при условии, что доро-

га подвержена нормативной нагрузке, но средств на ремонт не выделяется. ,

Объем транспортной работы Тй, фигурирующий в качестве основного показателя в модели развития грузового автотранспорта, может быть связан о величиной транспортного нагружения ТИ - основного показателя в модели развития дорожной сети, через структуру парка, через матрицу корреспонденции и характеристику сети дорог.

В качестве примера рассмотрена -АДС Смоленской области, построенная по карте административного деления для автомобильных дорог общего пользования ( 1-я, 2-я и 3-я категории). Собственно АДС представлена в виде матрицы -из --114 вершин и матрицы связей мемду ними. Вершины и дуги графа формируются из условия приблизительного консерватизма транспортного потока вдоль дуги.

Процесс работы ГАТ на АДС задан матрицей корреспонденции для внутриобластных перевозок и перевозок грузов вблизи районных центров. Структура парка ГАТ и объемы перевозок сформированы по данным статотчетносги. , .

Следует заметить, что в модели сформированы две матрица корреспонденции так называемая "жесткая" и "щадящая". "Жесткость" матрицы корреспонденции определяется-тем, что во все пункты полу- • чения груза вне зависимости от категории дорог почти разномерно распределяются автомобили лвбых марок, в том числе к с большой нагрузкой на ось, что может неблагоприятно сказаться на состоянии более слабых дорог. Вторая матрица, названная "щададей", содержит распределение автомобилей с,учетом категории дорог.

Оптимизация маршрутов для перевозки грузов в соответствии о заданной матрицей корреспонденции, является одним из направлений поиска оптимального управления развитием АДК.

В модели каждый участок АДС характеризуется категорией дороги и протяженностью. Маршрут как последовательность дуг графа можно оптимизировать на множестве возможных вариантов критериев. Наиболее. распространенным является критерий минимум расстояния от ■ вершины-отправителя П. до вершины-получателя ММ (минимум протяженности маршрута). . .

В условиях, когда скорость перевозок грузов и объем токсичных выбросов зависят от категории участков и их состояния, этот критерий не формирует наиболее благоприятных показателей развития АДК по общим экономическим и экологическим показателям. Поэтому в

предлагаемом- инструменте используются еще два критерия формироза-нин маршрутов:

- минимум взвешенного расстоянии, когда длина участка умножается на его категорию.

- минимум взвешенной категории мардгоута, когда минимизируется среднее.значение категории вдоль маршрута. В соответствии с данным критерием будет сформирован маршрут (из возможных), состоящий из самых прочных участков дорог.

Все три критерия формируют оптимальные маршруты, ' которые по отношению к автопарку являются групповыми: предполагается, что все автомобили будут двигаться по выбранному маршруту вне зависимости от марок автомобилей.

В решаемой задаче необходимо получить не весь набор кратчайших маршрутов от вершины LL до всех остальных 113 вершин графа, как зто позволяет сделать алгоритм Форда-Оалкерсона, а лишь три маршрута по числу критериев между двумя вершинами LL и 1. Для резкого ограничения перебора вершин графа формируется ограничивающий прямоугольник, очерчивающий •те вершины, на которых будут строиться оптимальные маршруты. Исходя из плотности вершин и характеристик дух в окрестности пути LL -> Ш, визуально разработчиком оценивается относительные ширина и длзша прямоугольника.

Модель развития ГА.Т ва АДС региона при заданной матрице кор-респонденций позволяет оценить для каждого участка сети его механические и экологические нагрузки, оценить необходимые затраты средств на содержание участка АДС. Для этого в модели имеются две матрицы с числом строк, равным числу ветвей АДС каждая. Это матрица MDOR, в которой первые два столбца содержат "адрес" (номера начала и конца) ветви, а еще- два столбца содержат информацию о категории дорог и о длине ветви в километрах R.

• Второй матрицей является матрица DDK , столбцы которой заполняются информацией:

- о Еагрузке на участке в тоннах аа день;

- о числе автомобилей, проеажащкх в среднем по участку в день, шт ; . .

- о суммарных токсичных ' выбросах от грузовых автомобилей вдоль всего участка, кг за день;

- о суммарном расходе топлива всех грузовых автомобилей на этом участке, кг за день'.

В конечном итоге в каждой строке матрицы DOR (если по всем дугам графа в матрице корреспонденции предусмотрены движения автомобилей) накапливается вся исходная информация по воздействию грузового автотранспорта в междугородных внутрирегиональных перевоз- ' ках на каждую ветвь АДС региона. Это позволяет'оценить абсолютную величину воздействия автомобильного парка области, участвующего во внутриобластных междугородных перевозках, на каждый участок АДС региона.

На этой основе могло реализовать относительные (сравнительные) оценки для каждого участка в двух направлениях:

- относительно средней нагрузки .на дороги к-й категории;

- относительно нормативной нагрузки на дороги к-й категории.

Параллельно подсчитывается суммарный расход средств как применительно к категориям дорог, так и полный расход по АДС в целом.

В четвертой главе приведен анализ моделей ГАТ и АДС как научного инструмента разработки региональных Программ развития АДК.

Одно из требований, предъявляемых к данной модели - это возможность формирования траектории развития АДК на плановые Т - лет, оптимальной в отношении некоторых условных критериев. В качестве основных показателей приняты:

а) объем вредных выбросов ВС, выделяемых автомобилями в атмосферу; - ,

б) дефицит транспортной работы DTR, который выражает степень удовлетворения потребностей общества в грузсГвых автомобильных' перевозках;

в) численность парка грузовых автомобилей NC, которая определяет число рабочих мест, предоставляемых АДК населению региона.

Строятся условные Нигерии следующим образом: один из. критериев становится оптимизируемым, а остальные два'критерия выступают как условия (ограничения).

Искомыми оптимальными переменными модели с условной оптимизацией являются веса четырех эвристик G(l)-G(4).

Однократный прогон модели позволил рассчитать исходные показатели парка ГАТ для года t=0, представленные в табл.'4Л.

Все дальнейшее рассмотрение проведем применительно к решению задачи формирования траектории развития падка ГАТ, оптимальной по

Таблица 4.1

Показатели парка ГАТ для' года t=0

Показатели Значения

Численность парка КС(0) ед. Токсичные выбросы в сутки ВС(0), т/день Необходимый объем транспортной работы ТВД(О), ткм Возможный объем транспортной работы TRB(O), ткм Дефицит транспортной работы DTR(O), ткм (исходное задание в 102L) 46000 ' 560 7.7 млрд 7.0 млрд " 0. f млрд

критерии ииняауш обьеиа токсичных вяброеда БС(Т) на горзэанте планирования 1=Т при ограничениях по чисшэнностн варка и по дефициту транспортной работа.

В качестве начальных значений переменных примем следующие: БТ(1)=0.94 - доля чистой прибыли, отводимая на закупку автомобилей ВТ (2)=3.0 - вес эвристики стоимости автомобиля; £Г(4)=2.0 - вес эвристики грузоподъемности автомобиля; БТ(3)=9.0 - вес эвристики величины токсичных выбросов автомобиля. Такое большое начальное значение задано из условия поиска минимум именно токсичности парка ГАТ..

.На начальной, стадии, ыоделхдарвания задается ..основная модельная экономическая характеристика -- доля себестоимости в доходе ЮСЕВ. Именно ее величина может позволить оценить, насколько парк ГАТ может реализовать свое развитие на базе самофинансирования. Значения конечных показателей парка ГАТ для года ЫТ в результате однократного прогона модели при ШЕВ=0.45 приведены в табл. 4.2.

Рассмотрим кратко процесс поиска траектории желательного развития парка ГАТ за 10. лет при достаточном выделении средста (БСЕВ=0.45). - ....

Таблица 4.2

•Показатели Значения

Средства на развитие НАТ% от дохода Объем-токсичных выбросов, т/день Численность парка, ед. Дефицит траноа. работы, ткм Требуемый объем трансп. работы 37.4 404.3 73180 -Q.49 млрд 10.3 млрд

йгаговий результат опотиизацни структуры парка на горизонте планирования в 10 лет показывает, что к концу года 1=10 парк ГАТ

будет обладать следующими показателями:

- основной минимизируемый показатель ВС(Т) оказался равным 380,7 тонн/день, что меньше начальной величины 404,3 т/день. Следовательно, имела место оптимизация и результат 330,7 т/день на 321 меньше того, что выбрасывает ГАТ в атмосферу.токсичного в начальный год 1=0;

- суммарная численность парка Суде равна 59837 единиц АТС;

- дефицит транспортной работы составит -0,39 млн.тки.

При этом веса эвристик, обеспечивающих такой условный.экстремум, оказываются равными:

Б(1)=0.94 - доля затрат на закупки осталась без изменений; Б(2)=1.64 - вес эвристики цены автомобиля заметно уменьшился,т.к.

хорошие по экологическим показателям автомобили стоят дорого и большой вес атому фактору придазать нельзя; Б(3)=9.16 - вес экологической эвристики остался высоким, в рейтинге на закупку этот признак является определяющим; 6(4)=2.60 - вес эвристики грузоподъемности модель увеличила, иначе не удовлетворялось ограничение по дефициту транспортной работы.

Основным содержанием,табл. 4.3 является динамика парка в виде изменения его численности по годам и маркам как вследствие естественной убыли, так и вследствие направленного управляющего воздействия ( установка нейтрализаторов). Это отражает ту управленческую деятельность, которую предполагает модель.

Из табл.4.3 видно, что АТС марок 1=1 и Л=5 модель закупать не планирует. Это означает, что для двух марок с наименьшими рейтингами средств на закупку выделяться не будет. Модель предлагает закупать наиболее экологически "чистые" автомобили марок Л=5 и .1=10 (иномарки), а также предусматриваются мизерные закупки автомобилей марок 1=2 и 1=7.

Так можно представить краткий анализ условной оптимизации Программы развития ГАТ региона по данному критерию на основе использования элементов искусственного интеллекта. Если разработанная искусственным интеллектом Программа развития ГАТ региона будет признана желательной 'и реализуемой, необходимо привлечение естественного интеллекта лиц, принимающих решения ( ЛПР) для того, чтобы разработать комплекс экономических "рычагов" в виде штрафов, дотаций и краткосрочных выгодных кредитов из бюджета Субъекта Федера-

, Таблица 4,3

•38067Е+06 .38067Е+06 .59837В+05 -.39014Б+0« .940 1.640 9.160 2.600

ДИНАМИКА ПАРКА

ГОД Ш=1 7М«2 Ш=3 Ш=4 ЗМ=5 1М=6 7М=7 • Ш=& ЗМ=9 Ж=10

0 1.00Е+04 1.00Е+04 1.00В+03 1.00Е+03 1.00Е+03 1.00Е+04 1.00Е+04 1.00Е+03 1.00Е+03 1.00В+03

Г 8.58Е+03 9.2113+03 1.32В+03 1.56Е+03 2.31Е+03 9.20Е+ОЭ 9.22В+03 1.48Е4-03 9.40Е+02 2.63Е+03

2. 7:22Е+03 8.49В+03, 1.64Е+03 2.12Е+03 3.54Е+03 - г 8.47Е+03 8.50Е+03 2.00В+03 8.89Е+02 4.20Е+03

3. 5.93В+03 7.82В+03 1.98В+03 2.6УЕ+03 4.7.0Е+03 7.80Е+03 7.85В+ЙЗ 2.14Е+03 8.4йЕ+02 5.73Е+03

4' 4.67В+03 7.22Н+03 2.32Н+03 3.28Е+03 . 5.79Е+03 7.17Е+03 7.25Е+03 3.13Е+03 8.12В+02 7.23Е+03

5 . 3.46В+03 6.6(Ь+03 2.69В+03 3.88Е+03 6.83В+0Э б.бОЕ+ОЗ 6.70Е+03 3.76Е+03 7.87В+02 8.70Б+03

$ ■ 2.27Б+03 6.15Е+03 3.07В+03 4.51 В+0Э 7.83Е+03 6.08Е+03 6.21Е+03 4.44Б+03 7.72Е+02 1.02Б+04

7 1.09В+03 5.«1Ш+03 3.48Е+03 5.18В+03 8.79В+03 5.59Е+03. 5.76Е+03 5.18В+03 7.67Е+02 1.16Е+04

8 О.ООБ+0О 5.25В+03 З.ЯВ+ОЗ 5.89В+03 9.73Е+03 3.15В+03 5.37Е+03 5.98Б+03 7.73В+02 1.31Е+04

9 О.ООВ+ОО 4.88Б+03 4.38Б+03 5.46Е+03 1.Й7Е+04 3.16Е+03 5.01Е+03 «.86Е+03 2.37Е+01 1.45Е+04

10- О.ООВ+ОО 4.49В+03 4.63В+03 5Л6Е+03 1.16Е+04 1.25Е+03 4.69Е+03 7.71Е+03 4.01Е+01 1.64Е+С4

СГ> I

ции ( города) для внедрения НТЛ, субсидий на закупку более чистых автоюбилей.

Что же касается результатов моделирования нагрузки на участки дорог региона,' то эти результаты, как показали исследования, зависят oi того, как распределятся транспортные потоки при' заданных объемах перевозок и заданной структуре парка. Пока это реализуется изменением критериев оптимизации маршрутов и изменением матрицы корреспонденции MKDR. Следовательно, можно ожидать , что модель будет управляемой по экологическим и экономическим критериям, и с ее помощью можно будет решать следующие задачи:

-. совершенствование структуры парка. TAI, участвующего во внутрирегиональных грузовых автомобильных перевозках;

- совершенствование АДС региона;

- выявление заранее наиболее загруженных участков;

- выявление заранее наиболее "грязных" участков;

- управление транспортными потоками.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.. Сформулирована и обоснована научная постановка задачи создания модели развития автомобильно-дорожного комплекса (АДК) региона как инструмента разработки долговременных Программ управления его развитием по экологическим, экономическим и социальным показателям как единым целым.

' На базе разработанных в диссертации моделей может быть создан инструмент планирования и управления развитием АДК для.органов регионального самоуправления Субъектов Российской Федерации, легко реализующий специфические особенности каждого региона и опыт руководителей конкретного региона.

2. В модели реализованы методы принятия управленческих решений, опирающиеся на использование элементов искусственного интеллекта в форме экспертных оценочных функций (эвристик).

Эвристические решающие функции позволяют формировать единственную траекторию, развития АДК и уходить от прямого перебора, делая' оптимизационную 'задачу большой размерности "рентабельной" даже на ШШ. '

2. Динамика развития АДК в модели представлена системой дифференциальных уравнений, позволяющей, с одной стороны, реализовать

"инерционность" объекта управления, преемственность с прошлым, а с другой стороны - связать в единое целое все основные переменные модели.

Модель позволяет создать блочную машинную программу,' легко изменять решающие функции и взаимозависимости переменных модели в соответствии с особенностями регионов-и личным опытом Руководства региона. ' '

4. . Проведенное в диссертации моделирование процесса развития блока грузового автотранспорта региона показало, что:

- модель логично.реагирует ва управляющие воздействия при оптимизации по трем "чистым" критериям - минимуму объема вредных выбросов к году окончания Программы, минимуму дефицита транспортной работы или максимуму числа рабочих мест;

- получаемых'данных вполне достаточно для того, чтобы Руководящие службы Субъекта Федерации смогли разработать набор специфических для данного региона экономических и административных рычагов управления для обеспечения развития^АДК в желательном для региона направлении;

- получение качественно новой управленческой информации на основе стандартной базы данных региона и использовании элементов искусственного интеллекта относит предлагаемый инструментарий к категории новых информационных технологий.

5. Модель автомобильно-дорожной сети ' (АДС) региона в общей модели развития автомобильно-дорожного комплекса должна служить стержнем, нанизывающим на себя все остальные блоки модели, поскольку и грузовой и пассажирский транспорт проявляют свои общественно-полезные, функции именно на АДС региона.

Следует отметить, что первая разработанная модель блока ГАТ может быть непосредственно включена в модель АДС там,-.где реализуется информация матрица корреспонденции грузовых автомобильных перевозок между населенными пунктами региона.

6.' Исследования, проведенные на модели автомобильно-дорожной сети региона показали, что объединяя информацию от четырех источников:

' а) о распределении парка грузовых 'автомобилей,-' участвующих-во внутриобластных междугородных перевозках, по основным гру' зоотправителям в регионе';

б) матрицы корреспонденции по внутриобластным междугородным перевозкам автотранспортом;

в) графа' 'автомобильно-дорожной сети региона в виде сети из участков автомобильных дорог различной категории;

г) транзитных через регион потоков грузового автотранспорта

манко получить:

- прогнозные значения для уровня нагружения по каждому отдельному участку АДС региона в перспективе на Т лет, с учетом желательного изменения структуры и численности парка ГАТ;

■ ■.-. прогнозные-звачения требуемого расхода средств на ремонт каждого участка дорог ( и на -АДС как целого) и объемов вредных выбросов на каядом участке АДС региона и на сети в целом.

7. Получаемая в модели информация (совместно с оптимизацией марлрутов по различным критериям ) позволяет ставить и решать такие задачи, как:

.- управление транспортными потоками по минимуму, например, ' суммарных затрат на поддержание АДС в заданном состоянии;

- управление структурой, парка ГАГ во .времени с тем,. чтобы, к году -Т окончания Программы обеспечить выполнение какого-либо из условий: а) минимума объема вредных выбросов при условии обеспечения заданного объема грузовых автомобильных перевозок, б) минимума затрат на поддержание дорожной сети в требуемом состоянии при раз. рутаищем воздействии ГАТ;*

- решение вопросов лицензирования прав на перевозки грузов -"автотранспортом л назначение разрешенных- маршрутов. для отдельных

■< фирм, видов грузов или марок подвижного состава.

8. Проведённое в диссертации исследование подтверждает возможность успешного решения задачи создания динамической оптимизационной модели автомобйльно-доражного комплекса как объекта изуче-

. ния студентами ЩДй или как инструмента регионального планирования л управления в системах самоуправления Субъектов Российской Федерации и прокладывает путь.к построении и объединения в.единое целое уже разработанных и остальных блоков модели АДК-

C'CSjBkcé содержание диссертации наложено в следующих, публикациях:

1. Ефремов A.B., Григорьева Я. В. Модель управления автомс-бкльно-дорожрого комплекса'региона как пример" информационной технологии./ Материям международной выставки-конференции " Новые компьютерные технологии в учебном процессе и научных исследованиях". - К!. : МАДК, 1995. - с. 20-21

2. Ефремов A.B., Григорьева Я.В. Модель управления аколо-го-зганоыическим развитием грузового автотранспорта региона./ Научная конференция по проблемам экологии. Тезисы докладов к сообщений.- М.: МАДИ, 1995..- с.-, 79-81

3. Луканкн В.Н. (рук. ). Отчет по НИР "Модель управления развитием автомобильно-дорожного комплекса (АДК) региона".

• Т.1.Постановка задачи. Модель развития падка грузового автотранспорта региона./.Исполнители: Ефремов A.B., Шелмаков C.B., Григорьева Я.Е. - М.: МАДИ, 1993. - 1В7с.

4. Луканин В.Н.(рук.). Отчет по НИР "Модель управления развитием автомобильно-дорожного комплекса (АДК) региона". Т.Е. Модель развития автомобильно-дорсишой сети региона./ Исполнители: Ефремов A.B., Иелмаков C.B., Григорьева Я.В. /

.. Гос. per. N 01950007269 -M. : МАДИ, 1995.-79с. • •