Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ направлений реформирования систем управления городским пассажирским транспортом 9
1.1. Методы управления городским пассажирским транспортом в развитых странах 9
1.2. Реформа системы управления городским пассажирским транспортом 20
1.3. Управление городскими автомобильными пассажирскими перевозками в рыночных условиях 24
1.4. Управление городскими автомобильными пассажирскими перевозками в скандинавских странах 38
2. Развитие городских автобусных перевозок в г. Ростове-на-Дону 52
2.1. Структура управления и методы ее совершенствования...52
2.2. Анализ эксплуатационных и экологических параметров сети 60
2.3. Оценка параметров регулярности движения 66
2.4. Параметры занятости остановочных пунктов 77
3. Распределение объемов перевозок пассажиров между автобусами и индиви дуальными автомобилями для снижения токсичных выбросов 82
3.1. Методы оптимизации при решении задач снижения токсичных выбросов 82
3.2. Математическая модель оптимизации распределения пассажиров между индивидуальными автомобилями и автобусами с целью снижения токсичных выбросов 88
3.3. Расчет токсичных выбросов при оптимизации 96
3.4. Анализ параметров движения автобусов на маршрутной сети 101
3.5. Моделирование и оптимизация распределения пассажиропотоков 111
4. Решение практических задач оптимизации маршрутной сети на примере г. Ростова-на-Дону 119
4.1. Методические особенности оптимизации городских пассажирских перевозок 119
4.2. Построение матрицы кратчайших маршрутов между выбранными районами 122
4.3. Решение практических задач на примере г. Ростова-на-Дону 128
Основные результаты и выводы 135
Литература
- Реформа системы управления городским пассажирским транспортом
- Управление городскими автомобильными пассажирскими перевозками в скандинавских странах
- Анализ эксплуатационных и экологических параметров сети
- Построение матрицы кратчайших маршрутов между выбранными районами
Введение к работе
Актуальность работы
В системе городского пассажирского транспорта автомобильные пассажирские перевозки оказывают важнейшее влияние на обеспечение мобильности населения. Эффективное функционирование транспортной системы города и развитие всей городской инфраструктуры невозможно без рациональной сети автобусных маршрутов. Возможность пассаагарехо-го автомобильного транспорта наиболее оперативно реагировать на изменение спроса н предложения из перевозки, корректировку маршрутной сети, изменение условий дорояшого движения создают дополнительную привлекательность этому виду транспорта.
На городском пассажирском транспорте ситуация в течение многих лет складывалась таким образом, что размеры субсидий на поддераку пассажирских автомобильных перевозок постоянно возрастали, а система полного государственного регулирования была не в состояния устранять противоречат мезвду операторами, органами управления н пассажирами. При переходе к рыночной экономике реализуется стратегия передачи функций, связшпшх с деятельностью общественного транспорта на муниципальный уровень. Актуальной задачей является изучение опыта решения возішкшнх при этом новых проблем и противоречий, поскольку существенно различаются как масштабы изменений по реформированию системы управления городским пассажирским транспортом, так и конкретные мероприятия.
Значительное внимание уделяется оптимизации маршрутной сета как одному из направлеігай адаптации перевозочного нроцссса к изменению структуры пассажиропотоков, спроса на перевозки, появлению новых операторов. Эффективность оптимизации особенно высока для плотной кзриірутней сети в крупных городах.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности организации городских пассажирских автомобильных перевозок.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
проведен анализ направлений реформирования системы управления автомобильными пассажирскими перевозками, систематизированы киасснфшсзциояные признаки возможных вариантов при переходе от плановой системы к рыночным условиям;
проведены экспериментальные и теоретические исследования условий организации автомобильных пассажирских перевозок в г. Ростове-на-Дону;
разработаны методы моделирования и оптимизации при организации пассажирских перевозок.
Научная новизна работы:
выявлены принципы реформирования системы организации автомобильных пассажирских перевозок в городах с учетом степени муниципального участия в функционировании городского пассажирского транспорта;
установлены особенности изменения параметров оценки регулярности движения маршрутных автобусов при постоянном мониторинге местоположения автобусов на маршрутной сети;
разработан метод моделирования двикения автобусов и автомобилей в транспортном потоке н получены зависимости по распределению объемов перевозок пассажиров автобусами в гацпдаадуальньшн автомобилями с учетом минимизации тохенчных выбросов;
- установлены закономерности изменения параметров движения
маршрутных азтобусов на магистральных улицах с интенсивным движе
нием транспортных потоков;
- реализован метод оптимизации маршрутной сети с учетом сниже
ния времени поездки и пересадочности при работе автобусов различных
форм собственности.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
результаты исследований позволяют осущестагопъ организацию автомобильных пассажирских перевозок в городах на разных стадиях перехода от жесткой плановой к чисто рыночной системе управления;
разработаны ыетодическне рекомендации по реформированию системы управления городским пассажирским транспортом в Ростове-на-Дону и внедрены на практике;
на основе экспериментальных данных и моделирования предложены варианты развития общественного транспорта г. Ростова-на-Дону;
разработанное программное обеспечение по моделированию и оптимизации маршрутной сети используется Адшшистрапней г. Ростоза-на-Дону при управлении ітассажнрскимн перевозками.
Реализация работы
Результаты диссертаплонпон работы внедрены адшгаястрапией г. Ростоза-на-Дону при развитии городского пассажирского транспорта.
Результаты диссертационной работы являются составной частью Программы развития пассажирского транспорта г. Ростовз-на-Дону па 1999-2002 годы. Их реализация обеспечила повышение зффекгнвносга н качества функционирования городского пассажирского транспорта.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 240100 "Оргатза-цня перевозок н управление ва транспорте"(автоыобяльном) в Дородаяу-транспортом институте Ростовского государственяого строительного университета.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение иа научно-технических конференциях Дорожно-транспортного института Ростовского государственного строительного университета (1997-1999 г. г.), международной научно-технической конференции "Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса" (Ростов-ва-Дояу, 1998 г.), Московском международном логистическом форуме (Москва, 1999 г), международной ваучно-пракгаческой конференции "Логистика; стратегия и тактика антикризисного управленая" (Ростов-иа-Доїгу, 1999 г.), международной научно-практической конференции "Социально-экономические проблемы развития транспорта" (Ростов-на-Дону, 1999 г.), международной научно-технической конференции "Прогресс транспортных средств и систем " (Волгоград, 1999 г.), Совете ассоциаций автомобильного, городского пассажирского и промышленного транспорта Минтранса РФ (Москва, 1999 г.), международном научпо-практнческоы семинаре Таавитне городского и пригородного транспорта" (Ташкент, 1999 г.)
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 статьях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введення, четырех глав, основных выводов, списка литературы. Работа изложена на 147 страницах мапшнопненого текста, содержит 48 рисунков и 11 таблиц.
Реформа системы управления городским пассажирским транспортом
Наиболее типичный подход к функционированию общественного транспорта в течение многих лет заключался в том, что органы власти различных уровней стремились осуществлять прямое управление, руководствуясь принципом доступности транспорта для удовлетворения потребности населения в перевозках. За последние годы такой социальный подход к организации городских пассажирских перевозок сменился рыночным, при котором и количество и, в значительной степени, качество услуг определяется рынком. В основе этого фундаментального изменения лежат как экономические, так и политические предпосылки. Вследствие этих изменений одни страны полностью отказались от политики государственного регулирования, другие перешли к конкурентоспособному регулированию.
Для того чтобы установить сущность происходящих реформ, проведен анализ систем управления городским пассажирским транспортом в 20 европейских странах с дифференциацией по организационной политике, формам собственности, размеру и типам финансирования автобусного транспорта. На основе анализа сделаны выводы с учётом дальнейшего вероятного развития процесса реформирования систем управления городским пассажирским транспортом, а также установлены причины низкой эффективности в существующих системах управления и потребности в новых, более совершенных формах. Во многих странах необходимость решения проблем, связанных с неэффективностью систем управления и субсидирования, недостаточной способностью общественного транспорта адаптироваться к потребностям рынка вышла на первый план.
Можно выделить два принципиальных типа систем управления -полностью плановая система с высокой степенью муниципального участия и система, в основном ориентированная на рынок, с низким уровнем муниципального участия.
Полностью плановая система реализуется при государственной или муниципальной собственности автотранспортных предприятий и инфраструктуры, когда управление муниципальным транспортом, планирование и финансовая система полностью интегрированы в одном органе. С другой стороны, рыночная система характеризуется практически полным отсутствием муниципального участия, и ситуация в ней определяется рыночными условиями. На практике системы управления общественным транспортом большинства стран находятся между этими двумя типами систем.
Плановая система имеет следующие основные признаки: - полностью интегрированная транспортная сеть, требующая соответствующего регулирования входных и выходных условий; - субсидирование как прибыльных, так и убыточных маршрутов и участков маршрутной сети; - однородная тарифная политика и практически независимая от операторов и видов транспорта тарифная система; - законодательно определённый орган муниципальной власти, ответственный за финансирование и организацию работы общественного транспорта; - установленное нормативами качество транспортного обслуживания, в определенной степени независимое от спроса; - государственная собственность на АТП или смешанное муници-пально - частное монопольное использование; - относительно высокая степень фиксированных субсидий и наличие льготных систем оплаты проезда.
В свою очередь, ориентированная на рынок система может характеризоваться следующими признаками: - система маршрутов, основанная на рыночном спросе на перевозки; - отсутствие или низкая степень взаимного субсидирования между маршрутами и участками сети; - введение тарифов индивидуально по каждому маршруту или каждой компании с сохранением возможности сотрудничества и использование тарифной политики на основе коммерческого подхода, исключающего сговор между участниками рынка транспортных услуг; - низкая степень муниципального вмешательства в управление общественным транспортом, за исключением случаев социальной потребности в пассажирских перевозках, когда эти потребности не удовлетворены рынком и необходима поддержка муниципальных властей (например, через введение льготной тарифной системы для специальных групп населения); - действие независимых частных компаний различных форм собственности на рынке услуг общественного транспорта; - низкая степень субсидирования при систематическом использовании конкурентных торгов для субсидированных сетей или маршрутов.
Анализ показывает, что в чистом виде такие системы встречаются редко, однако существуют несколько типов промежуточных систем.
Одна из таких систем называется франчайзингом. Это промежуточная система, которая используется органами муниципальной власти с це 12 лью финансирования частично спланированной и интегрированной системы общественного транспорта с однородной тарифной политикой, но с использованием механизма конкуренции для вхождения в рынок. Практика показывает, что при подобной системе возможна реализация определенных преимуществ конкуренции за рынок транспортных услуг, но с одновременным обеспечением защиты от самых негативных ее аспектов.
Существует два типа систем франчайзинга в зависимости от распределения ответственности за доходы от перевозок. Первый вариант - когда частные компании полностью отвечают и за доходы и за затраты, т.е. выплата субсидий осуществляется согласно заранее оговоренному контракту. Второй вариант - когда оператор отвечает только по затратам, т.е. субсидии выплачиваются с учётом эксплуатационных расходов предприятия, при этом ответственными за доходы от перевозок являются муниципальные органы власти. Второй вариант по сравнению с первым сопряжён с меньшим риском для частных операторов
Управление городскими автомобильными пассажирскими перевозками в скандинавских странах
Между 1980 и 1990 г.г. объём перевозок сократился приблизительно на 20 %. Это составляет около 65 миллионов пассажиров. За тот же самый период суммарный пробег в авт-км увеличился на 13 %, но при этом осуществлялись ещё и некоторые не субсидируемые экспресс - перевозки. С 1980 по 1983 г.г. с целью сокращения уровня субсидий реальная плата за проезд была увеличена на 23 %. Этим можно объяснить снижение спроса, а также сокращение доходности. Однако, начиная с 1983 г. реальная плата за проезд не изменялась, суммарный пробег увеличивался, а доходность всё также продолжала снижаться, что говорит о неэффективной системе управления.
Анализ работы городского пассажирского транспорта в Норвегии показал, что фактическое значение коэффициента использования пробега не превышали 0,5 при рациональном значении 0,7. Имеются также вполне реальные возможности для повышения эффективности перевозок через изменение вместимости транспортных средств и использование нетрадиционных форм общественного транспорта (например, такси в сельских районах). Также очевидно, что необходимо приспособление перевозных возможностей к падению спроса на перевозки. Одним из решений, направленных на повышение эффективности перевозочного процесса и адаптации его к рыночным условиям являются конкурентные торги, однако введение системы конкурентных торгов невозможно без изменений в системе управления.
В Норвегии, начиная с 1980 г., процесс изменения проводился в соответствии с решением правительства. В начале этого процесса муниципальные власти не были в должной мере подготовлены к принятию эффективных управленческих решений, поскольку в течение длительного периода осуществлялось прямое государственное регулирование. Главная цель процесса со стороны правительства состояла в том, чтобы уменьшить уровень субсидий из муниципальных бюджетов. Не менее важной целью являлось сокращение конкурентных преимуществ тех перевозчиков, которые также использовали грузовой транспорт и получали прибыль, используя вполне достаточные субсидии пассажирского транспорта (то есть перекрёстная субсидизация между пассажирским и грузовым транспортом).
После того, как управление городским пассажирским транспортом перешло муниципальным властям, и особенно после 1986 г., когда имелось свободное использование блочных субсидий для всех видов перевозок, сами муниципальные власти стали очень заинтересованы в повышении эффективности автобусных перевозок.
Первые предложения об организации торгов на рынке городских пассажирских перевозок и реформировании системы управления поступили в 1984 г., однако для их законодательного оформления потребовалось семь лет. В настоящее время это направление реформирования рассматривается как основная возможность создания более совершенной системы общественного транспорта, поскольку не имеется других альтернативных способов для более эффективного использования субсидий.
В результате реформирования системы управления получено 10-20 % снижение себестоимости перевозок, и это позволяет достичь оптимального соотношения дохода к эксплуатационным затратам.
Первые шаги по изменению системы управления городским пассажирским транспортом в Швеции были сделаны в 1978 г., когда управление местным общественным транспортом осуществлялось органами, находящимися в подчинении как местных советов, так и советов округа. Также на протяжении многих лет проводилась политика занижения тарифов на перевозки, и спрос на услуги общественного транспорта возрастал. Реформа в Швеции не изменяла режимы управления в отношении лицензирования, так как у операторов всё ещё имелись действующие лицензии. Это значит, что новая система создавалась там, где транспортные власти были вынуждены использовать местные монополии, чтобы обеспечить запланированный график выпуска. Сетевые субсидии на основе стоимостных контрактов и связанные со структурой затрат каждой фирмы были выбраны в качестве основных. С лицензиями, имеющимися у операторов, сохранялись явно недостаточные возможности для повышения эффективности перевозок и модернизации процесса, поскольку в свете изменившихся требований существующие условия лицензирования утратили свою актуальность. Кроме того, сами операторы не несли никакой ответственности за сбор доходов, поскольку об этом заботились транспортные власти - таким образом, не было никакой заинтересованности в переходе к рыночной системе. Главная цель операторов состояла в том, чтобы максимизировать выпуск автобусов и их пробег, так как по этим показателям осуществлялась оценка их деятельности. Для изменения существующей ситуации было предложено использовать конкурентные торги для местного транспорта и оптимизировать маршрутную сеть. Особенностью реформирования системы управления общественным транспортом в Швеции является наличие длительного переходного периода. Закон, предписывающий изменения, был принят в 1985 г., однако до 1 июля 1989 г. все операторы могли требовать от транспортных властей полной компенсации убытков. Размеры компенсации утверждались на уровне государственных и муниципальных органов управления. При этом из сферы автобусных перевозок, где действовало около 1400 предприятий, выбыло только 10 операторов.
Тенденции изменения спроса на услуги местного общественного транспорта в Швеции имеют следующий характер. Между 1978 и 1985 г.г. пассажиропоток (в пасс-км) возрос более чем на 40 %. Начиная с 1985 г. произошла стабилизация или даже небольшое сокращение пассажиропотока, особенно в больших городских зонах. В округе Стокгольма отношение дохода к эксплуатационным затратам для всего общественного транспорта также сократилось с 43 % в 1985 г. до 39 % в 1989 г., из-за повышения уровня субсидий. Для остальной части страны имелось незначительно увеличение этого коэффициента с 47 до 48 %. Суммарный пробег в авт-км за тот же самый период в Швеции также возрос [92].
Анализ эксплуатационных и экологических параметров сети
На практике в большинстве случаев в качестве критерия регулярности используется величина отклонения от планового времени прохождения автобусом контрольных пунктов, которые совпадают с остановками. Условием регулярности считаются отклонения от планового времени не превышающие ± 2 минут [14, 20, 36]. На основе этих данных определяют коэффициент регулярности движения, который является отношением числа регулярных оценок к их общему числу (2.2) где Кр - коэффициент регулярности движения; Пр - число измерений, в которых время отклонения от графика не выходит за пределы ± 2 мин; Побщ - общее число измерений. На качественном уровне коэффициент регулярности дает первичную информацию о нарушениях графика движения, однако на количественном уровне полностью нивелирует величину отклонения, поскольку отклонения от расписания и в 2,5 мин. и в 5 мин. оцениваются одинаково. Кроме того, с появлением автоматизированных систем диспетчерского управления и других технических средств имеется возможность постоянного контроля за местоположением автобуса в любой точке маршрута.
В Ростове-на-Дону эксплуатируется Центр управления движением общественного транспорта, в функции которого входит осуществление постоянного контроля за движением автобусов на маршрутной сети. Информация о времени прохождения автобусом каждого остановочного пункта по радиоканалу автоматически передается в Центр управления движением. На основе этой информации создаются базы данных о соблюдении графиков движения всеми автобусами, работающими на городских маршрутах.
Такое информационное обеспечение позволяет на более высоком уровне оценить фактические показатели движения автобусов, в том числе и регулярность движения. Наличие значительного массива объективной информации позволяет использовать для этого методы теории вероятности и математической статистики. Один из таких показателей, предложенный М.Е. Антошвили и И. Спириным, основан на среднеквадратическом отклонении от графика движения [5] Н — (23) где Jj - плановый интервал между автобусами, мин.; J І - фактический интервал между автобусами, мин.; п - количество наблюдений. Поскольку предполагается, что величина отклонения от графика движения распределена по нормальному закону, то существует достаточно простой способ перехода от среднеквадратического отклонения от расписания движения к коэффициенту регулярности. Это производится по оценке площади под кривой нормального распределения при соответствующем значении среднеквадратического отклонения.
Кроме того, существует метод определения регулярности движения автобусов, основанный на оценке интервалов движения между ними. Движение считается регулярным, если отклонения фактического времени от расписания или отклонения интервалов между автобусами не превышают следующей величины [22] где G- среднеквадратическое отклонение величины нарушения графика движения; їож- время ожидания пассажиром очередного автобуса.
Для получения реальных данных об изменении показателей регулярности движения на автобусных маршрутах г. Ростова-на-Дону был проведен анализ результатов автоматического контроля за местоположением автобуса в течение всего времени работы на линии. Оценивалось плановое и фактическое прибытие автобуса на каждый остановочный пункт. В общей сложности экспериментальная выборка составила около 4 тысяч наблюдений. В результате обработки этих данных были получены вероятностные распределения времени отклонения от графика движения для маршрутной сети г. Ростова-на-Дону (рис. 2.14-2.17).
Построение матрицы кратчайших маршрутов между выбранными районами
Поскольку скорость движения и неравномерность оказывают такое существенное влияние на целевую функцию при оптимизации - токсичные выбросы транспортных средств, необходимо изучить реальные закономерности изменения скорости автобусов и автомобилей в транспортном потоке на улично-дорожной сети. Исследованию скоростных режимов автобусов на городских маршрутах было посвящено значительное количество работ [22, 28, 36, 84]. Анализ этих работ показывает, что в основном применяются два способа теоретического описания скоростных режимов. Одно из них учитывает вероятностный характер дорожного движения, поэтому описание режимов движения автобусов производится на основе вероятностных распределений. Другое направление базируется на получении регрессионных зависимостей, описывающих изменение скорости движения автобусов на перегонах маршрута с учетом расстояния между остановочными пунктами, числа регулируемых и нерегулируемых пересечений, фактической загрузки автобуса.
Практически все исследования типа распределения скорости движения автобусов на перегоне показали, что нормальный закон адекватно описывает скорость движения автобусов. Плотность вероятности нормального закона имеет следующий вид где v - скорость движения, м/с; v - среднее значение скорости движения, м/с; av - среднеквадратическое отклонение скорости, м/с.
Вероятностные распределения применимы также для описания других фаз движения автобусов. Распределение скорости движения автобусов перед началом торможения на подходе к остановочному пункту соответствует нормальному закону со средним значением 7,7 м/с и среднеквадрати-ческим отклонением 1,83 м/с [83, 84].
Распределения скорости сообщения автобусов на маршрутной сети г. Ростова-на-Дону, полученные экспериментальным путем, приведены на рис. 3.6, 3.7. Экспериментальные данные получены для участков маршрутной сети, проходящих через центр города, и для периферийных зон города. На центральных участках, протяженностью около 2 км, на которых движение маршрутных автобусов осуществляется в сложных условиях, диапазон скорости сообщения автобусов составляет от 3,1 м/с до 6,8 м/с при средней скорости сообщения 4,14 м/с. За пределами центральной части города средняя скорость сообщения автобусов повышается до 6,8 м/с. Эти данные могут быть использованы при имитационном моделировании. среднее значение скорости 4,14 м/с — дисперсия 0,555 м /с расчетное значение критерия х1 =4,64 табличное значение критерия хг = 12,6
Распределение замедления маршрутных автобусов также подчиняется нормальному закону, параметры которого зависят от степени загрузки салона автобуса и состояния дорожного покрытия. Среднее значение замедления в зависимости от числа пассажиров в автобусе изменяется от 1,35 до 1,09 м/с при среднеквадратическом отклонении 0,33-0,22 м/с [84].
Имеется также достаточное количество регрессионных моделей для расчета изменения скорости движения автобусов в зависимости от различных параметров, характеризующих условия организации перевозок и движения, улично-дорожную сеть. Во многих работах приводятся достаточно информативные регрессионные зависимости для определения среднетехнической скорости на перегоне. Так, исследования В.В. Доли привели к следующим регрессионным зависимостям [40,41,42]
Однако если среднетехническая скорость является достаточно информативным параметром при анализе эффективности перевозочного процесса, то при решении задач оптимизации движения необходимо более детально воспроизводить режимы движения автобусов и автомобилей. Поэтому приведенные регрессионные уравнения могут быть полезны при дополнительных данных об ускорении и замедлении, что является очень актуальным для оценки цикла движения маршрутных автобусов. Для этой цели можно использовать модели ускорения, полученные в работе [91] времени разгона; т - параметр, /я=6-8. Существуют более универсальные подходы при моделировании скоростных режимов, которые были применены в настоящей работе. На уровне маршрутной сети это кинетическая теория транспортного потока, на уровне отдельных автомобилей и автобусов - модели теории катастроф [47, 98]. В теории транспортных потоков разработаны двухкомпонентные модели транспортного потока, которые на основе разделения потока транспортных средств на движущиеся и остановившиеся позволяют описать состояние транспортного потока в любой момент времени. Имеется также опыт применения этих моделей для оценки движения маршрутных автобусов на городской улично-дорожной сети [98,102].
Основное уравнение двухкомпонентной модели имеет следующий вид ts = t-q+lt»+l (3.41) где t - удельное время поездки, мин/км; ts - удельное время стоянки, мин/км; tf- удельное время поездки в свободных условиях, мин/км; п - параметр. Для описания движения маршрутных автобусов автор несколько видоизменил эту модель 1 п ts = td + tg+1tn+l (3.42) где td - удельное время простоя автобуса на остановочных пунктах, мин/км; 4 - удельное время поездки без учета времени задержки на регулируемых пересечениях, мин/км. Сущность произведенных преобразований состоит в следующем. Даже при движении автобуса без остановок на пересечениях необходимо учитывать время простоя на остановочных пунктах td- Соответственно, и время движения в свободных условиях трансформируется в удельное время движения автобуса без учета задержки на регулируемых пересечениях. Экспериментальные данные, полученные на улично-дорожной сети г. Ростова-на-Дону подтверждают справедливость моделей кинетической теории транспортного потока (рис. 3.8, 3.9).
