ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Городской пассажирский транспорт (ГИТ), как одна из социально-значимых отраслей городского хозяйства, играет большую роль в обеспечении качества жизни городского населения^ Пожалуй,: это один из немногих секторов экономики; результаты которого в полной мере ощущают на себе все жители города. От эффективности функционирования пассажирского транспортного комплекса во многом-зависит сохранение социальной, экономической и политической стабильности жизни города.
Как подтверждает опыт крупных городов, транспортная проблема со временем становится все острее, поскольку рост потребностей населения в поездках происходит в условиях относительной; стабильности маршрутной: сети и практически неизменной технологии транспортного обслуживания. Именно поэтому задача повышения эффективности и качества управления процессом удовлетворения спроса населения: города на транспортное обслуживание является актуальной.
Сложность решения данной задачи обусловлена многофункциональным и многоуровневым характером транспортных систем, децентрализацией управления перевозками пассажиров, динамическим и вероятностным характером изучаемых процессов, необходимостью учета многочисленных психологических и социально-экономических1 факторов. Все это выдвигает транспортную проблему крупного города в один ряд с важнейшими проблемами управления городским хозяйством.
9
На начальной стадии развития крупных городов, когда обслуживание населения в поездках осуществлялось одним-двумя видами ГИТ, транспортные проблемы удавалось решать совершенствованием конструкции транспортных средств (ТС), дополнительным выпуском подвижных единиц на маршруты, разработкой новых видов ГИТ и: технологии перевозок. Управление на уровне согласования являлось вполне достаточным и не вызывало особых;затруднений.
Существенный вклад в этом направлении исследований внесли такие известные отечественные; и зарубежные ученые, как А.П:Артынов, Е.АБаркова, Н:О;Брайловский,
-7-
Л.М.Брэгман, В.Г.Давидович, Г.А.Заблотский, А.Х.Зильберталь, А.Н.Мальгин, В.Н.Мягков, Б.Г.Питтель, Д.С.Самойлов, АИ.Стрельников, ОГ.Фаянс, Ю.А.Шацкий, Г.В.Шелейховский, В;В.Шештокас, Б.Л.Шмульян, В.В.Яворский, Л.А.Яковлев, А.Дж.Вильсон, Ле Корбюзье,, ЭгЛилль, ДМечланд, Г.Поттхофф, ЗРюгер, Дж.Томлин, Т.Дж.Фратар и др.
Однако в условиях применения трех-пяти видов. ЕПТ, а также широкого использования: автобусов муниципального транспорта, частных транспортных фирм и индивидуальных перевозчиков, это*направление решения транспортных проблем уже не дает ожидаемого эффекта. Управление на уровне- согласования не в состоянии удовлетворительно решать весь комплекс сложных вопросов по,- организации, транспортного обслуживания населения. Этим определяется; необходимость и актуальность пересмотра; самих основ управления перевозками пассажиров на! базе разработки, и внедрения новых информационных: технологий, связанных с широким: использованием, персональных компьютеров,- современных средств сбора и обработки первичной информации и эффективных методов выборауправленческих решений.
Особую значимость решение этой проблемы приобретает в связи с разработкой во многих регионах и крупных городах России стратегий и стратегических планов устойчивого развития на предстоящие 10-20 лет, в которых транспортные системы определены в качестве ключевого направления формирования стабильной рыночной экономики, благоприятного- инвестиционного и; социального климата; повышения жизненного уровня населения.
Именно в этом направлении ведутся в последние годы исследования целого ряда российских ученых, в том числе Баклановым П:Я., Белым О.В., Ветровым ЮГ., Винокуром Л:Б., Жихаревичем Б.С, Заусаевым В.К., Косаревой Н.Б., Латкиным А.П., Леонтьевым Р.Г., Лимоновым Л:Э., Миротиным Л:Б:, Москаленко А.Д., Степанцом'А.В.
Целью диссертации является решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение-— исследовать постановку и решение задачи координации в управлении транспортной системой крупного города и построить наиболее экономичный и быстрый способ получения информации^ необходимой и достаточной для
.
.
успешного управления процессом удовлетворения спроса населения города на транспортное обслуживание.
Основные задачи диссертации, решаемые для достижения указанной цели:
- анализ и описание транспортной системы, как большой системы, по двум основным признакам иерархических структур: организационному и функциональному;
- постановка и математическое описание задачи координации в управлении транспортной системой крупного: города;
- разработка: способов информационного обеспечения задачи координации в управлении транспортной системой; крупного города;
- разработка математической модели перевозочного процесса: на маршруте городского транспорта;
- разработка математических моделей и алгоритмов вычисления; показателей для: оценки работы маршрута;
- разработка математических моделей и алгоритмов вычисления показателей для оценки работы остановочных пунктов на маршруте;
- разработка и исследование математических моделей, эффективных алгоритмов и численных методов определения элементов маршрутных корреспонденции-пассажиропотоков (МКП) по данным входа-выхода;
разработка алгоритмов определения общегородских корреспонденции пассажиропотоков (ОКП) на основании информации о МКП;
- исследование и разработка математических методов, экономико-математических моделей, эффективных алгоритмов и последовательности процедур вычислений, необходимых для создания в городе единой постоянно действующей системы сбора, обработки и анализа транспортно-градостроительной информации, предусматривающей обязательную организацию натурных обследований подвижности населения;
определение требований к архитектуре программного обеспечения автоматизации обработки информации о пассажиропотоках (АОИП);
- разработка программного комплекса АОИП для персональных компьютеров в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) по обработке информации о
J
-9-
пассажир опотоках;
- разработка способа расчета экономического эффекта от практического использования; программного комплекса АОИП; учитывающей как сокращение трудоемкости получения исходных данных, так и качество принимаемых решений в условиях ускорения обработки и сокращения сроков использования результатов при решении транспортных задач.
Методы исследования. В методологическую основу работы положены: системный подход к выявлению проблемной ситуации в сфере управления перевозками пассажиров в крупных городах; методы математической статистики; теории вероятностей, математического моделирования и анализа для разработки и исследования математических моделей, эффективных алгоритмов и численных методов* определения показателей.; характеризующих перевозочный процесс на маршрутах: городского транспорта; современные методы программирования- на языках; высокого уровня для разработки программного обеспечения автоматизации обработки информации о пассажиропотоках.
Научная новизна работы заключается:
по специальности 08.00.05
- в обосновании того, что на определенном этапе развития крупных городов в целях совершенствования организационной структуры управлениям перевозками пассажиров возникает необходимость создания координирующего органа и перехода от трехуровневой иерархической системы управления (Транспортное управление -диспетчер маршрута - водитель ТС) к четырехуровневой: координирующий орган -Транспортное управление - диспетчер маршрута - водитель ТС;
- в разработке программного комплекса для персональных компьютеров в виде автоматизированного рабочего места по обработке информации о пассажиропотоках, позволяющего-создать единую постоянно действующую общегородскую систему сбора и обработки, информации о пассажиропотоках, централизовать все методы и способы решения транспортных задач, широко и эффективно использовать персональные компьютеры в управлении транспортной системой города и избежать разобщенности по
-10-
видам транспорта в организации пассажирских перевозок в крупных городах;
- в разработке способа расчета экономического эффекта совершенствования процессов управления перевозками пассажиров в городах, учитывающего две составляющие: 1) экономия' за; счет: сокращения трудоемкости получения необходимой информации; для управления перевозками;пассажиров., определяемая разницей затрат по организации, проведению и обработке материалов обследования пассажиропотоков; 2) экономия за счет повышения достоверности информации и качества принимаемых решений в условиях ускорения обработки и сокращения сроков использования результатов для решения задач в управлении перевозками пассажиров, определяемая минимизацией суммарных материальных потерь при имеющихся ресурсах и мощностях пассажиропотоков, складывающихся из оценок времени пассажиров на ожидание ТС и затрат транспортных предприятий по эксплуатации TG. по специальности 08^00; 13
- в математической постановке задачи информационного взаимодействия в двухуровневой системе, состоящей из координирующего органа на верхнем уровне и Транспортных управлений на нижнем уровне, которые взаимодействуют друг с другом только через координирующий орган,- и в, разработке процедуры координации в такой системе, основанной на конструировании задачи векторной оптимизации для каждого Транспортного управления и решение, оптимальное для всей системы, ищется в пределах эффективного множества значений (множества Иарето) этой задачи;
- в математической формализации описания определения спроса населения города на транспортное обслуживание в виде матрицы маршрутных корреспонденции пассажиропотоков с дополнительным предположением, позволяющим поставить задачу оптимизации распределения поездок пассажиров между двумя любыми остановочными пунктами на маршруте, ив конечном счете получить "единственное" решение.
- в предложении новой классификации методов определения маршрутных корреспонденции пассажиропотоков по данным входа-выхода на основе использования алгоритмов определения поездок пассажиров либо от конкретного пункта отправления ко всем последующим пунктам назначения^ либо к конкретному пункту назначения от всех
•
.
-11 -
предыдущих пунктов отправления на маршруте;
- в теоретическом обосновании того, что случайная величина поездок пассажиров между двумя любыми остановочными пунктами на маршруте подчиняется гипергеометрическому закону распределения; с учетом этого разработан алгоритм однозначного вычисления элементов маршрутных корреспонденции пассажиропотоков с последовательным использованием (не всей сразу) информации о данных входа-выхода.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертационной работе научные и практические результаты позволили разработать программный комплекс АОИП для персональных компьютеров в виде АРМ; который предусматривает: обработку данных входа-выхода; полученных как- со всех, остановочных пунктов на маршруте, так и с любого участка маршрута^ начиная последовательно с первой остановки; расчет элементов МКИ по данным; входа-выхода; обработку информации о пассажиропотоках на» маятниковых., кольцевых; т петлеобразных маршрутах; представление результатов; обработки по требованию пользователя за; любой интервал времени (рейс, час, сутки) и в удобном виде для практических целей (графики, таблицы, ведомости, справки); полулаемая информация предназначена для решения задач перспективного, текущего и оперативного планирования в управлении перевозками пассажиров.
Программный комплекс АОИП включает в себя широкий набор; и возможность ввода новых математических моделей и алгоритмов обработки ¦ информации о пассажиропотоках; программные модули стандартизированы по входной и выходной информации; обработка информации осуществляется поэтапно отдельными программными модулями, управление которыми осуществляется автоматически при помощи языка управления заданиями через управляющую (головную) программу, выполняющей функции организатора ввода, вычислений, хранения, формирования и выдачи результатов в виде документов, комментариев и рекомендаций. Основной режим работы с программным комплексом АОИП для персональных компьютеров является диалоговый:-
Практическое применение результатов диссертационной работы показало возможность создать единую постоянно действующую общегородскую систему сбора и
-12-
обработки информации о пассажиропотоках, централизовать все методы и способы решения транспортных задач, широко и. эффективно использовать персональные компьютеры в управлении перевозками пассажиров, избежать разобщенности по видам транспорта в организации и,управлении системой ГПТ в крупных городах.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается корректным обоснованием и анализом; математических моделей, исследованием¦; эффективности алгоритмов, численных методов их решения,, а также последовательности процедур вычислений; В результате определены требования к программному обеспечению автоматизации ~ обработки материалов сплошных обследований пассажиропотоков и разработан программный комплекс -для персональных компьютеров в виде автоматизированного рабочего места по обработке информации о пассажиропотоках в крупных городах.
Научно-исследовательские работы выполнялись самостоятельно-в соответствии: 1-. Решения Владивостокского горисполкома за № 109 от 31.03.89 г. и ряда совещаний представителей науки, культуры и образования при горкоме КПСС в 1989-90 гг. о.подготовке материалов для разработки "Концепции развития г. Владивостока" по развитию транспортной системы города на перспективу.
2. Договора № 1/90 от 02.01.90 г. между Институтом автоматики и процессов управления ДВО АН СССР (г. Владивосток) и КазНИПИАТ НИО/'Казавтотранстехника" (г. Алма-Ата) по теме: "Разработка матрицы корреспонденции и рациональных режимов работы маршрутов городского пассажирского транспорта для г. Алма-Аты".
3. Госбюджетной НИР ДВТИ на 1994-95 гг. по проекту: "Разработка и внедрение энергосберегающей технологии в производственных процессах энергетических, лесохимических, транспортных предприятий и службы быта'.'.
4. Постановления мэра г. Владивостока за № 286 от 27.02.98 г. "Об открытии автобусного движения по вновь утвержденным городским маршрутам".
5. Постановления главы администрации г. Владивостока за №337 от 13.03.2000 г. "О создании муниципального учреждения "Центр управления городским пассажирским транспортом". .
- 13-
Данные НИР являются продолжением ранее выполняемых работ в рамках Госбюджетных программ фундаментальных исследований АН СССР:
1. На 1975-1980: и\ по теме "Разработкатеоретических основ построения АСУ":
а). Методы и алгоритмы получения и обработки информации о пассажиропотоках в системе управления городским пассажирским транспортом.
б). Методы и алгоритмы автоматизации обработки информации о пассажиропотоках в системе управления городским пассажирским транспортом.
2. В рамках хоздоговорной темы согласно Договора за № 1-80/ВН от 27.03.80 г. и Дополнительное соглашение к нему от 30.01.81 г. между ПО "Роеремэлектротранс" Министерства жилищно-коммунального5 хозяйства РСФСР' и Институтом автоматики и процессов управления ДВНЦ АН СССР по теме "Методы, алгоритмы и программы автоматизации обработки информации о пассажиропотоках: на городском пассажирском транспорте", действовавших по 1987; г.
Реализация результатов работы. Теоретические положения и практические результаты исследований были использованы:
- при подготовке материала к проекту концепции развития транспортной системы г. Владивостока (1990 г.);
- при разработке Единого банка данных по городскому пассажирскому транспорту г. Алма-Аты (1991 г.); ' •
- при создании автоматизированного рабочего места по обработке информации^ о пассажиропотоках, который принят:
а) АО "Курскавтотранс" в целях изучения рынка спроса населения города Курска на обслуживание в поездках всеми видами ГПТ (1997 г.);
б) АО "Приморавтотранс" в целях изучения рынка спроса населения города Владивостока на обслуживание в поездках всеми видами ГПТ (1998 т.);
- при разработке маршрутной сети города для перевозки пассажиров автобусами муниципального транспорта, частных транспортных . фирм и индивидуальных перевозчиков в г. Владивостоке (1998 г.);
- при разработке координирующего органа для выполнения функций единого
- 14-
заказчика пассажирских перевозок и координации деятельности Транспортных управлений различных форм собственности в г. Владивостоке (2003 г.);
- в учебном процессе при чтении учебных дисциплин:
а) во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса на кафедрах "Сервис и техническая: эксплуатация автомобилей" и "Математика и моделирование".
б) в- Дальневосточной государственной академии экономики и управления на кафедре "Государственное и муниципальное управление"...
г) в Дальневосточном государственном техническом' университете на кафедре "Транспортные и строительные машины".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-теоретических и практических конференциях и совещаниях:
- Всесоюзная школа-семинар по теме "Моделирование процессов управления транспортными системами" (г. Владивосток, 1989 г.).
- Всесоюзная научно-теоретическая конференция по теме "Организация и управление" (г. Минск, 1989 г.).
- Всесоюзная научно-практическая конференция по теме "Новые информационные технологии в АСУ городом" (г.. Москва, 1990 г.).
- Всесоюзная школа-семинар по теме "Системный анализ социально-экономических проблем народнохозяйственной . и региональной производственной инфраструктуры " (г. Иркутск, 1990 г.).
- Дальневосточный выездной семинар по теме "Состояние и проблемы развития автоматизированных систем городского хозяйства" (г. Южно-Сахалинск, 1990 г.).
- Выступление перед экспертной комиссией в администрации п Владивостока на предмет внедрения разработанной АРМ по обработке информации о пассажиропотоках на маршрутах городского транспорта (г. Владивосток, 1993 г.).
- Научно-техническая конференция по теме "Современные технологии и предпринимательство: региональные проблемы АТР" (г. Владивосток, 1994 г.).
- Выступление на заседании секции "Экономика транспорта" ДВО^ Академии
- 15-
транспорта РФ по поводу представления обобщающего доклада на соискание ученой степени доктора транспорта (г. Владивосток, 1996 г.).
- Выступление на заседании секции "Теория и техника транспортных систем" ДВО Академии транспорта РФ в связи с тем, что подготовленный обобщающий доклад на соискание ученой степени доктора транспорта находится на стыке двух секций (г. Владивосток, 1997 г.). ¦
- Юбилейная научно-методическая конференция по теме "Развитие системы высшего образования на Дальнем Востоке на основе интеграции высшей школы и академической науки, международного сотрудничества" (г. Владивосток, 1997 г.).
- П-я Международная научно-техническая конференция по теме "Математические методы и компьютеры в экономике" (г. Пенза* 1999 г.);
- ПГ-я Международная научно-практическая конференция по теме "Проблемы транспорта Дальнего Востока" (г: Владивосток, 1999т.).
- Международная научно-техническая конференция по теме "Автомобильный транспорт Дальнего Востока 2000" (г. Хабаровск, 2000 г.).
- Международная - научно-практическая конференция по теме "Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития" (г. Москва, 2000 г.).
- Выступление перед Экономическим советом при главе Администрации г. Владивостока о создании во Владивостоке координирующего органа для централизованного управления работой автобусами муниципального транспорта, частных транспортных фирм и индивидуальных перевозчиков (г. Владивосток, 2003 г.).
- 4-я Всероссийская очно-заочная научно-практическая конференция по теме "Информационные технологии в управлении и учебном процессе вуза" (г. Владивосток, 2003г.).
Об основных результатах научно-исследовательских работ по теме диссертации также докладывалось на ежегодных отчетных семинарах в лаборатории "Систем управления транспортом" Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и на кафедре "Техническая кибернетика и автоматика" Дальневосточного технологического института.
-16-
По содержанию диссертационной работы в целом докладывалось на научных семинарах в Дальневосточной, государственной академии экономики и управления (кафедра "Математики и моделирования", 1998 г.), в Дальневосточном государственном техническом университете (кафедра "Транспортных и строительных машин", 1998 г.).
Работа выиграла грант губернатора Приморского края за 1997 год.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 45 работ, в том числе две монографии (в изд-вах: "Наука" и "Дальнаука"), три раздела в монографиях (два в изд-ве "Наука11 и один в изд-ве "Транспорт"), четыре статьи в центральных журналах (две в журналах изд-ва "Наука" и две в изд-ве "Транспорт"), а также ряд тезисов докладов к отечественным и зарубежным конференциям.
Структура: диссертации. Диссертация является самостоятельно выполненным научным трудом общим объемом в 250 стр., который содержит: общую характеристику работы, введение, семь глав и заключение (208 стр.), список использованной литературы (261 наименований), приложение, 11 рис., 18 табл.
В общей характеристике работы сформулированы и развиты методологические основы координации в управлении транспортной системой крупного города и автоматизации технологических процессов преобразования информации в сфере управления перевозками пассажиров- по маршрутам города.. Поставлена задача совершенствования^ процессов информационного обеспечения в условиях применения технических средств, экономико-математических методов и персональных компьютеров.
В первой главе с использованием системного подхода дано описание системы управления перевозками пассажиров в крупных городах. Выявлена проблемная ситуация, для; решения которой необходимо создание координирующего органа для управления перевозками пассажиров и разработать новые информационные технологии, связанные со всесторонним внедрением персональных компьютеров, современных средств сбора и обработки первичной информации и эффективных методов выбора управленческих решений.
Во второй главе осуществлено математическое описание задачи координации в двухуровневой системе, состоящей из координирующего органа на верхнем уровне и ряда
- 17-
Транспортных управлений на нижнем уровне, которые взаимодействуют друг с другом через координирующий орган. Описаны безытеративный и итеративный алгоритмы информационного взаимодействия между Транспортными управлениями в таких системах. Дано обобщение полученных результатов для многоуровневой системы:
В третьей главе осуществлено теоретическое: обобщение методов и дан анализ математических моделей расчетного- определения элементов общегородских корреспонденции: пассажиропотоков; (ОКП) и маршрутных корреспонденции пассажиропотоков (МКП) по данным входа-выхода.
В: четвертой главе исследован.и разработан комплекс математических моделей и; эффективных: алгоритмов^, численных методов их решения, а также последовательность процедур вычислений, который используется персоналом управления в процессе преобразованияшнформациио пассажиропотоках при решении транспортных задач:
В пятой главе определены требования к: архитектуре программного обеспечения и создан программный комплекс для персональных компьютеров, практическое использование которого направлено на автоматизацию обработки информации о пассажиропотоках в крупных городах.
В шестой главе описывается методика оценки эффективности повышения достоверности информации о пассажиропотоках, учитывающей:интересы транспортных предприятий, городского населения и города в: целом- Решается^ задача минимизации суммарных материальных потерь в городе при имеющихся: ресурсах и мощностях пассажиропотоков.
В седьмой главе рассматривается практическое использование программного обеспечения АОИП при изучении рынка спроса населения города на транспортное обслуживание и на основе полученных результатов решаются задачи повышения-эффективности функционирования транспортной системы т. Владивостока и улучшения мониторинга пропускной способности маршрутов пассажирского транспорта.
В заключении приводятся основные результаты данной работы.
Приложение: В" приложение выносятся:
1). Справка, подтверждающая факт разработки автором диссертации методов, |
