Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ методов повышения эффективности работы общественного транспорта 14
1.1 Управление движением общественного транспорта 14
1.2 Анализ критериев эффективности работы общественного транспорта 16
1.3 Анализ существующих подходов повышения эффективности работы общественного
транспорта 20
1.3.1 Анализ существующих методов исследования корреспонденций пассажиров 21
1.3.3 Анализ методов повышения качества обслуживания в системе ГПТ 27
1.3.4. Анализ существующей технологии составления расписания движения 28
1.3.4.1 Анализ существующих методов и алгоритмов составления расписания движения транспорта 30
1.3.4.2. Анализ существующих автоматизированных систем составления расписания и моделирования движения общественного транспорта 31
1.4 Ситуационный подход к управлению движением общественного транспорта 35
1.4.1 Анализ существующих подходов, средств поддержки принятия решений с использованием ситуационного подхода 36
1.4.2 Анализ существующих подходов, средств поддержки принятия решений с использованием нечеткого ситуационного подхода 38
1.5 Постановка задачи 40
1.6 Выводы и результаты по первой главе 43
ГЛАВА 2 Составление расписания движения общественного транспорта 44
2.1 Управление движением общественного транспорта на основе комплексного критерия эффективности 44
2.2 Комплексный критерий эффективности работы городского пассажирского транспорта 50
2.2.1 Экономический критерий эффективности работы ГПТ 50
2.2.2 Математическая модель социального критерия эффективности 54
2.3 Постановка задачи составления расписания и анализ комплексного критерия эффективности 65
2.4 Решение задачи составления расписания 68
2.5 Выводы и результаты по второй главе 78
Глава 3 Нечеткое ситуационное управление движением общественного транспорта 79
3.1 Постановка задачи нечеткого ситуационного управления движением общественного транспорта 79
3.1.1 Управление на основе нечеткой ситуационной сети 79
3.1.2 Теоретико-множественная постановка задачи нечеткого ситуационного управления 82
3.2 Формализация типовых нечетких ситуаций 83
3.2.1 Представление типовых нечетких ситуаций 83
3.2.2 Определение меры близости нечетких ситуаций 85
3.2.3 Формирование управляющих воздействий 89
3.3 Модифицированная процедура построения нечеткой ситуационной сети 92
3.3.1 Теоретические аспекты модифицированной процедуры построения нечеткой ситуационной сети 92
3.3.2. Многоуровневая иерархическая нечеткая ситуационная сеть для управления движением общественного транспорта 95
3.4 Решение задачи нечеткого ситуационного управления движением общественного транспорта 100
3.4.1 Определение степеней предпочтения управляющих решений на основе экспертной информации 100
3.4.2 Формирование решения на основе уровневой иерархической нечеткой ситуационной сети 102
3.4.3 Процедура обработки информации при реализации метода нечеткого ситуационного управления движением общественного транспорта 104
3.5 Выводы и результаты по третьей главе 108
Глава 4 Разработка системы поддержки принятия решений по организации движения городского пассажирского транcпорта 108
4.1 Принятие решений при управлении движением общественного транспорта 108
4.1 Функциональная структура системы поддержки принятия решений 111
4.2 Алгоритмическая структура системы поддержки принятия решений 115
4.4 Интеллектуальная система поддержки принятия решений 117
4.4.1 Подсистема составления расписания движения 117
4.4.2 Подсистема нечеткого ситуационного управления движением общественного транспорта 119
4.5 Оценка эффективности нечеткого ситуационного управления движением общественного
транспорта 123
4.6 Выводы и результаты по четвертой главе 128
Заключение 129
Список используемых сокращений 131
Список литературы 132
- Анализ методов повышения качества обслуживания в системе ГПТ
- Экономический критерий эффективности работы ГПТ
- Теоретико-множественная постановка задачи нечеткого ситуационного управления
- Алгоритмическая структура системы поддержки принятия решений
Анализ методов повышения качества обслуживания в системе ГПТ
Вопрос выбора критериев эффективности рассматривался многими исследователями. Среди рассматриваемых критериев наблюдаются несовпадающие, да и нередко и взаимоисключающие точки зрения. В большинстве работ [41, 43, 47, 54, 59,128] эффективность процесса перевозки оценивается через оптимальность его технологических параметров.
Среди технологических параметров в качестве критериев оптимальности рассматривались следующие: равномерность интервала движения пассажирского транспорта [9, 10], среднее расстояние перевозки, нулевой пробег ТС.
В целом, для автомобильных перевозок критериями также выступали такие показатели, как минимум потребностей в автомобилях, минимум суммарного простоя автомобилей. Используются также и другие показатели критериев: скорость доставки, своевременность перевозки, величина потерь груза в пути, стоимость груза в пути, сохранность груза. [1, 96]. Среди обобщенных натуральных показателей принимался минимум тоннаже-часов транспорта, которые затрачиваются на планируемый объем перевозок [1]. В работах [12, 16] предлагается оценивать эффективность процесса пассажироперевозок минимумом времени на передвижение пассажира, в [12, 16] уделяется внимание психофизиологическому критерию, в качестве которого выступает минимальное значение транспортного утомления, зависящее от времени в пути, сочетаемое с наполняемостью транспортного средства [92].
Большое внимание уделяется исследованию экономических показателей: прибыль [28, 43, 74, 78], часовая прибыль [33], производительность [36], затраты на перевозку [3], себестоимость.
Оценивая городские пассажироперевозки, традиционными критериями выступают затраты на перевозки, снижение которых производится путем ограничения времени пассажиров в пути, или же минимизация времени пассажиров в пути путем ограничения затрат [8].
В качестве основной задачи работы автотранспортного предприятия выступает сокращение общих издержек, достигаемое при сохранении необходимых параметров в качества обслуживания потребителей. При перевозке пассажиров общественным транспортом уровень качества перевозок должен учитывать и принимать во внимание ярко выраженную роль общественного транспорта, носящую социальный характер.
В работе [67] рассматривается социально-экономическая эффективность работы пассажирского транспорта. С целью равномерного распределения пассажиров внутри ТС среди организационных методов повышения устойчивости работы автор выделяет организацию желаемого времени взаимодействия пассажиров и транспорта. Пассажиры одновременно являются и потребителями услуг, и объектами перемещения. Таким образом, возникает противоречие в задаче взаимодействия социальных и экономических вопросов [4, 6, 133, 135].
В работе Доля В.К. [46] проводится социально-экономический анализ транспортного процесса, рассматривается ГПТ как социально-экономическая система больших городов, в зависимости от времени нахождения их в транспортном средстве анализируется усталость пассажиров, приводится методика разработки рациональной маршрутной системы. Также методы социально-экономического управления ГПТ рассмотрены Пртыновым А.П. и Скалецким В.В. в работе [46]. Различные авторы в течение многих лет пытались найти единую оценку социально-экономической эффективности работы ГПТ, которая была бы представлена единым критерием качества. Наиболее полно данный вопрос отражен в работах Зырянова В.В. [64], Кривошеенко Ю.В. [70], Шабалина Б.А. [67], Киселева Е.С. [62], Николина В.И. [85]. Несмотря на все эти многочисленные исследования, авторы так и не смогли прийти к единому мнению при оценке качества оказания услуг и выбора определенного критерия.
Городские пассажирские перевозки характеризуются тем, что интересы конечных потребителей услуги - пассажиров и транспортных организаций -муниципалитета и не совпадают. В результате этого эффективность работы общественного транспорта рассматривается с разных сторон.
С точки зрения муниципалитета под эффективностью понимается удовлетворение потребностей населения в перевозках при минимальных затратах.
Пассажир же, в свою очередь, считает, что эффективность перевозок должна определяться определяется комфортностью поездки, доступностью тарифа и надежностью обслуживания. Рассматривая точку зрения транспортных предприятий, в большинстве работ [13,19, 22, 26] в качестве основного критерия эффективности работы выступает экономическая выгода от перевозок, ее максимизация, достижение гарантированного значения которой предлагается получить за счет оптимизации маршрутов и вследствие корректировки пассажиропотока [25, 36], использовании ценовых факторов в формировании спроса на перевозки [37, 54], оказании дополнительных услуг, а также оптимизации расписания движения.
Экономический критерий эффективности работы ГПТ
Процесс перевозки пассажиров ГПТ основывается на соблюдении графика движения ТС по маршруту в соответствии с составленным заранее расписанием движения. При этом допускаются некоторые интервалы опоздания ТС при подходе к остановочному пункту. В большинстве АТП управление процессом перевозки пассажиров заключается в контроле со стороны диспетчера за соблюдением расписания движения. Нештатные ситуации, возникающие на маршруте, которые приводят к отставанию от графика движения, нагонам и опозданиям, устраняются непосредственно водителями, без учета действий, предпринимаемых водителями других ТС. В такой постановке задачи никак не учитывается экономическая эффективность перевозок, а также социальная ответственность предприятия перед пассажирами.
Как было показано ранее, в качестве критерия экономической эффективности функционирования автотранспортного предприятия выбраны затраты на перевозку пассажиров, а в качестве социального критерия предложено использовать относительный показатель, характеризующий удовлетворенность пассажиров качеством предоставляемых транспортными компаниями услуг.
Рассмотрим управление движением общественного транспорта на основе комплексного критерия эффективности. На рисунке 2.1 показана структурная схема, показывающая управление движением общественного транспорта.
На вход рассматриваемой системы поступают следующие параметры, которые условно можно разделить на три группы: нормы расходов на перевозку пассажиров (учитывают вид транспорта, величину пассажиропотока и пр., используются для расчета экономического критерия); тарифы и обязательные платежи (тарифы на электроэнергию, топливо, стоимость проезда и пр., используются для расчета экономического критерия); качественные факторы о состоянии маршрута (состояние препятствий на маршруте, состояние дорожного полотна и пр., используются для расчета социального критерия).
Первые две группы входных параметров представляют собой числовые значения, а последняя группа описывается вербально. Т.к. на вход объекта управления поступают не только количественные, но и качественные переменные, то комплексный критерий должен допускать вычисления с применением методов искусственного интеллекта, которые позволяют формализовать вербальные значения и обрабатывать их для проведения расчетов. [34, 56] Поэтому комплексный критерий объединяет в себе экономический критерий и продукционную модель вычисления социального критерия.
Выходами системы являются показатели транспортного процесса, с помощью которых производится оценка эффективности управленческих решений. Выходы объекта управления являются: экономический критерий - задан алгоритмом своего вычисления в форме аналитических выражений; социальный критерий - вычисляется с использованием методов искусственного интеллекта по продукционной модели; расписание - оптимальное расписание движения ГПТ, полученное на основе минимума комплексного критерия эффективности.
На вход устройства управления поступают следующие параметры: комплексный критерий эффективности - текущее значение с учетом сложившейся ситуации на маршруте; требуемое состояние - сигнал задания, который используется для перевода объекта управления в требуемое состояние. Результат процесса перевозки пассажиров - своевременная их доставка в пункты назначения. Стабильное функционирование процесса пассажироперевозок возможно только при выполнении ряда строгих и нестрогих ограничений. [98, 99].
К строгим ограничениям можно отнести: скоростной режим движения, обеспечение комфортности поездок, обеспечение безопасности поездок, соответствие подвижного состава экологическим требованиям и др.
К нестрогим ограничениям можно отнести некоторые отклонения от графика движения, незначительное превышение допустимого числа пассажиров в транспортном средстве и др.
В процессе работы на систему периодически оказывают влияние возмущающие факторы, которые вызывают отклонение системы от нормального функционирования и обусловлены изменением дорожной ситуации, а также изменением пассажиропотока: ситуации, сложившиеся в результате плохих погодных условий (сильная метель, снегопад, поток воды); ситуации, вызванные внешней окружающей средой (затор, вызванный аварией др. транспортных средств); отключение электроэнергии (применительно к электротранспорту); обрыв контактного провода (применительно к электротранспорту); поломка транспортного средства.
Обратная связь в системе осуществляется с помощью поступления информации о движении транспорта с линии, о нарушении движения, соответствии расписанию, соответствии числа ТС, интервалам движения.
Для процесса пассажироперевозок и всей системы транспортного обслуживания жителей свойственно функционирование в условиях неопределенности с непостоянным различным уровнем. На данную неопределенность влияют факторы, которые определяют работу пассажирского транспорта, и сложности связей между ними. Значительную часть факторов можно отнести к нестабильным, изменение их влияния осуществляется различными способами.
Теоретико-множественная постановка задачи нечеткого ситуационного управления
С точки зрения достижения эффективного управления движением ГПТ, которое осуществляется в условиях неопределенности, быстро изменчивой окружающей среды, а также недостаточно полной информации о сложившихся ситуациях на дороге, которые зачастую носят описательный качественный характер, наиболее подходящим методом управления является ситуационный подход на основе нечеткой логики (нечеткое ситуационное управление).
Идентификация и возможность описания ситуаций принятия решений, а также формализация управляющих решений дает возможность использования ситуационного подхода. Прогнозирование развития обстановки на дороге и представление дальнейших развитий действий в виде сценария, а также лингвистическое описание результатов управляющих решений являются предпосылками к использованию нечтких ситуационных сетей в вопросах принятия решения при оперативном управлении движением ГПТ. Возникает необходимость учета большого количества факторов, которые влияют на принятие решений, невозможность описания множества типовых ситуаций в виде связанной структуры.
В системе управления имеется большое число неуправляемых и неконтролируемых факторов, таких как погодные условия, состояние дорого, моральное и физическое состояние персонала, которые очень трудно учесть и предсказать при планировании решения. Все это приводит к еще большей неопределенности и необходимости учета возможных последствий от принимаемых решений. В результате проведенного анализа оперативного управления сложными системами выявлена возможность автоматизации выработки решений с использованием нечетких ситуационных сетей.
Под ситуационной сетью понимается некоторая структура, описывающая возможные состояния системы управления в виде совокупности, которая представлена узлами сети, и путями перехода между ними, которые соответствуют управляющим решениям.
Состояние сети представляет собой набор, достаточный для анализа управляемой системы, чтких и нечтких значений характеристик системы.
Ситуационная сеть создатся с целью прогноза результатов применения управляющих решений.
В силу того, что НСС представляет собой нечеткий ориентированный взвешенный граф переходов по эталонным нечетким ситуациям, существует возможность, используя ограниченный набор ситуаций анализировать любые состояния некоторой системы и генерировать управляющие стратегии, переводящие ее из исходного (текущего) состояния в целевое состояние. Набор управляющих решений, позволяющих перевести систему из одного состояния в другое представляет собой стратегию управления. Стратегия управления – это последовательность переходов между нечеткими ситуациями внутри НСС.
Существует ряд основных, применяемых на практике управляющих стратегий. На основании анализа движения ГПТ, проведенного в предыдущих разделах работы, сделан вывод о том, что наиболее подходящей стратегией управления является модель «ситуация – стратегия управления - действие». Последовательное применение данной стратегии к нечетким ситуациям позволяет найти набор требуемых управляющих решений, переводящих систему из исходной ситуации в целевую.
Процесс управления на основе НСС включает в себя следующие этапы (рисунок 3.1). Рисунок 3.1 - Управление на основе нечеткой ситуационной сети
На первом этапе необходимо построить НСС (рисунок 3.2), где ,. (ІЄІ = {1,2,...,«}) представляют собой эталонные нечеткие ситуации, RJ(J&P = {1,2,...,/}) - управляющие решения, a(st,Rj) представляет собой степень предпочтения применения управляющего решения R в ситуации st по сравнению с другими возможными решениями из множества R = \R1,R2,...,Rf\. Рисунок 3.2 – Фрагмент нечеткой ситуационной сети Управляющее решение, которое соответствует текущей ситуации, представлено в виде последовательности решений, которые необходимы для перехода из текущей ситуации к целевой по «оптимальному маршруту» в НСС. Вывод решения разбивается на постановку цели (целевой ситуации) и построение стратегии управления, соответствующую оптимальному переводу объекта в целевое состояние.
Данная НСС представляет собой нечеткий ориентированный взвешенный граф, где вершины являются эталонными нечеткими ситуациям, дуги взвешены управляющими решениями, которые необходимы для перехода по ситуациям, и степенями предпочтения этих решений.
Применение нечеткого ситуационного управления для формирования управляющего воздействия на основе информации о текущей ситуации крайне актуально при возникновении аварийных ситуаций на дороге в процессе движения общественного транспорта.
На втором этапе необходимо определить степень близости ситуаций, однако этот вопрос будет рассмотрен позднее, ввиду того, что он неразрывно связан с формализацией типовых нечетких ситуаций. И, наконец, происходит формирование стратегии управления с помощью матриц управляющих решений.
Алгоритмическая структура системы поддержки принятия решений
В процессе работы диспетчер многократно в течение смены принимает решения относительно коррекции перемещения ТС на маршруте, а также изменяет количество ТС при возникновении нештатных ситуаций, увеличении пассажиропотока и пр. При принятии такого рода решений диспетчер опирается на руководящие документы и свой опыт. При этом каждая из сложившихся ситуаций характеризуется большим количеством признаков, учет которых крайне важен, однако значительно усложняет процесс принятия решения. Поэтому применение специализированных программных средств является эффективным инструментом повышения качества и увеличения быстроты принятия решений.
Для разработки интеллектуальной СППР диспетчера транспортной компании, управляющего движением ГПТ на основе предложенного в данной главе математического аппарата требуется синтезировать алгоритм нечеткого ситуационного управления движением.
Разработана процедура обработки информации при ситуационном управлении движением ГПТ, представленная на рис. 3.10. Данная процедура решает задачу нечеткого ситуационного управления в форме (3.1). На вход алгоритма поступают текущие нечеткие ситуации, формализованные в виде (3.2). Рассмотрим подробнее каждый из блоков представленных на рисунке.
В блоке 1 осуществляется ввод информации о текущей ситуации S , которая характеризуется множеством факторов F = {f1,f2,...,fm\. При этом часть факторов вводится в систему автоматически на основании показаний соответствующих средств измерений, а часть - диспетчером в соответствии с сообщениями водителей, ремонтных служб и прочее. В самом общем случае информация о текущей ситуации будет характеризоваться как количественными, так и качественными значениями факторов.
В блоке 2 производится сравнение ситуации 5 с множеством эталонных ситуаций {S}, находящихся в базе знаний и характеризующихся тем же набором фактором, что и S . Таким образом, данный блок позволяет ограничить множество возможных ситуаций {s} , для которых необходимо рассчитать степень близости с текущей ситуацией S . Это позволит существенно сократить время работы алгоритма.
В блоке 3 осуществляется расчет степени близости v текущей ситуации S и подмножества эталонных ситуаций {} , отобранных в блоке 2. Результатом расчета блока является vmax- максимальное из полученных значений v.
В блоке 6 происходит ранжирование по убыванию эффективности управляющих воздействий внутри подмножества йєй,/ = 1,ш, сформированного в блоке 5. Ранжирование производится с учетом весовых коэффициентов, присвоенных управляющих воздействиям Д. єЯ,і = 1,т. Фактически данный блок является основным звеном, формирующим управляющую стратегию R .
Выбор управления R, расположенного на первом месте в списке ранжирования (автоматический режим) или указанного диспетчером (ЛПР) производится в блоке 7.
В блоке 8 происходит выбор S , где S - ситуация, к которой приведет выбранное управляющее воздействие R . В блоке 9 осуществляется корректировка расписания с учетом сложившейся на дороге ситуации и рассчитанных критериев эффективности работы общественного транспорта (алгоритм составления расписания). В блоке 10 текущая ситуация S помещается в базу знаний. В блоке 11 у эксперта предметной области или ЛПР запрашиваются возможные управляющие воздействия, которые также помещаются в базу знаний. В блоке 12 у эксперта предметной области или ЛПР запрашиваются возможные ситуации S , к которым может привести выбор того или иного управляющего воздействия.
Выводы и результаты по третьей главе
1. Формализованы типовые ситуации, возникающие в процессе управления движением ГПТ в форме нечетких множеств второго уровня, позволяющие реализовать нечеткое ситуационное управление.
2. Синтезирована модифицированная процедура построения НСС, позволяющая получать уровневые иерархические НСС, отличающиеся возможностью обработки типовых нечетких ситуаций, характеризующихся различными наборами признаков.
3. Решена задача нечеткого ситуационного управления движением ГПТ на основе формирования управляющей стратегии, синтезируемой посредством применения управляющих решений на основе степеней предпочтения, полученных с применением методов экспертного опроса.
4. Разработана методика нечеткого ситуационного управления движением ГПТ, отличающаяся построением многоуровневой иерархической нечеткой ситуационной сети, что позволило формализовать дорожные ситуации с различными наборами признаков и формировать на их основе управляющие решения.
Похожие диссертации на Управление движением городского пассажирского транспорта на основе нечеткого ситуационного подхода
