Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор ручных и автоматизированных методов изучения пассажирских перевозок на городском пассажирском транспорте с точки зрения формирования муниципального заказа на пассажирские перевозки. цель и задачи исследования 5
1.1 Анализ состояния ГПТ и эффективности его функционирования 5
1.2 Анализ мероприятий по эффективному планированию и поддержанию качества пассажирских перевозок
1.3 Анализ ручных методов обследований пассажиропотоков 13
1.4 Анализ предпосылок для разработки и внедрения прогрессивных автоматизированных средств обследования пассажиров 20
1.5 Обзор и анализ современных научных работ, касающихся использования спутниковой навигации на транспорте и других средств позиционирования подвижных объектов в городской черте 22
1.6 Обзор существующих автоматических систем учёта пассажиров 26
1.7 Формулировка целей и задач исследования. Выводы по первой главе. 34
ГЛАВА 2 Разработка методики определения требуемой точности для аппаратуры автоматического счета и местоопределения при решении задачи автоматизации сбора данных о пассажиропотоке табличным методом обследования 41
2.1 Постановка задачи. Декомпозиция, анализ и синтез системы автоматизированного учета входящих/выходящих пассажиров 41
2.2 Разработка методики оценки точности аппаратуры счета входящих/выходящих пассажиров для различных категорий пассажиропотока 45
2.3 Разработка методических подходов к нахождению оценки достоверного определения местоположения автотранспорта средствами спутниковой навигации 55
2.4 Уточнение оценки достоверности позиционирования в рамках
автоматизированной системы мониторинга пассажиропотоков 78
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования 83
3.1 Основные направления экспериментальных исследований 83
3.2 Разработка методики сбора и обработки информации для экспериментальногоопределения точности аппаратуры автоматического счета входящих/выходящих пассажиров 84
3.3 Разработка методики сбора и обработки информации для экспериментальной проверки эффективности автоматического
определения местаи времени входа/выхода пассажиров IQ2
3.4 Выводы, заключения по главе 112
ГЛАВА 4. Методика и тактика внедрения системы автоматического учета пассажиров на предприятиях городского пассажирского транспорта 115
4.1 Анализ востребованности новых методов оперативного получения объективной картины объемов перевозок и их характеристик в условиях современного хозяйствования
4.2 Тактика внедрения системы АСМ-ПП 116
4.3. Описание технологии сбора и обработки данных о входящих/выходящих пассажирах с использованием разработанных мат. моделей и алгоритмов по улучшению точности и достоверности данных 119
4.4 Расчет экономического эффекта от результатов внедрения 129
4.5 Перспективы развития системы 143
Выводы и результаты исследования 145
Литература
- Анализ мероприятий по эффективному планированию и поддержанию качества пассажирских перевозок
- Разработка методики оценки точности аппаратуры счета входящих/выходящих пассажиров для различных категорий пассажиропотока
- Разработка методики сбора и обработки информации для экспериментальногоопределения точности аппаратуры автоматического счета входящих/выходящих пассажиров
- Описание технологии сбора и обработки данных о входящих/выходящих пассажирах с использованием разработанных мат. моделей и алгоритмов по улучшению точности и достоверности данных
Анализ мероприятий по эффективному планированию и поддержанию качества пассажирских перевозок
Мероприятия, повышающие эффективность работы городского пассажирского транспорта имеют в своём составе следующие три составляющие: техническое обеспечение перевозок; планирование перевозочного процесса и управление перевозками.
Поскольку основные задачи ГПТ - предоставление услуг по перевозке пассажиров, указанные мероприятия решают задачу удовлетворения спроса на перевозки в широком смысле слова.
Изучение пассажиропотоков является единственным способом, позволяющим получить информацию об объемах спроса на эти услуги. Учет потока пассажиров важен с точки зрения корректировки маршрутов и расписания движения ГПТ, оценки сбора платы за проезд. Такие задачи, как распределение размеров дотаций из городского бюджета на пассажирские перевозки и как оценка эффективности кондукторной системы сбора платы за проезд, вообще невозможно решать без объективной информации о структуре потока пассажиров.
Определяющими факторами формирования маршрутной сети являются направления, распределения по территории города, а так же мощность пассажирских потоков. Только имея эти данные, можно выбрать трассу маршрутов, выбрать вид и тип транспорта, и их численность. Большую роль при организации движения транспорта оказывает неравномерность распределения пассажиропотоков во времени и по отдельным участкам действующих маршрутов. Для выявления пассажиропотоков, распределения их по направлениям и изменениям во времени (час, сутки, месяц) проводят обследования.
Обследования могут быть сплошными (комплексными) - на всех видах пассажирского транспорта города либо только на отдельном виде транспорта, и выборочными - на характерных направлениях, группе маршрутов, либо на отдельных маршрутах. Выбор наиболее целесообразного метода обследования зависит от конкретных задач (рис. 1.1).
Существуют следующие методы обследования: билетный, визуальный, табличный, талонный, анкетный, а также различные их модификации (рис N).
Билетный метод предполагает систематический анализ данных о продаже билетов. В ручном исполнении без привлечения автоматизированных средств имеет ограниченное использование, так как позволяет получить лишь общие данные о пассажиропотоке на маршруте без распределения его во времени и пространстве.
Появляющиеся автоматические системы контроля оплаты проезда позволяют получать эти данные автоматически и обрабатывать их с помощью соответствующих программных средств, исключая процедуру ручного ввода исходной информации о проданных билетах. Некоторая аппаратура таких систем фиксирует время оплаты, что позволяет говорить о распределении данных о проданных билетах во времени и, соответственно, расширить анализ получаемых данных. Данные, получаемые такой аппаратурой, представляют некий гибрид табличного и талонного методов.
Как в табличном методе считается суммарное количество вошедших пассажиров на остановке (при этом, однако, отсутствует информация по количеству вышедших). Из талонного метода заимствовано разделение входящих пассажиров по типу проездного документа.
Визуальный метод основан на глазомерной оценке наполнения подвижного состава по бальной системе. Наибольшее распространение получил визуальный метод оценки наполнения, проводимого с остановок или перегонов специальными учетчиками. Полученная информация используется, в основном, для перераспределения подвижного состава между маршрутами и при составлении расписаний.
Исходя из использования получаемой информации, в качестве альтернативы называют автоматический метод, который относится к группе косвенных методов учета пассажиров. Этот метод основан на одновременном взвешивании всех пассажиров автобуса с последующим делением на средний вес пассажира (70 кг.) Общая масса определяется тензометрическими датчиками, расположенными на подушках рессор. Точность данного метода при условии качественного цензурирования массы пустого салона значительно превосходит точность той шкалы, по которой учетчики оценивают загрузку салона (шаг в 20%).
К недостаткам этого альтернативного метода можно отнести то, что автоматический вариант визуального метода не дает информацию о количестве пассажиров, остающихся на остановке из-за переполненности транспорта.
Разработка методики оценки точности аппаратуры счета входящих/выходящих пассажиров для различных категорий пассажиропотока
Одно из необходимых условий автоматизации процесса сбора данных о пассажиропотоках - это точность выполнение условия точности автоматического счета соответствующей аппаратуры. Из обзора средств автоматического счета пассажиров гл. 1 видно, что каждый из применяемых методов имеет отличную физику процесса автоматического измерения количества пассажиров. Данный факт, в конечном счете, приводит к выводу о том, что оценка точности для каждого из методов должна оцениваться по отдельной методике в каждом из случаев. Поскольку в данной работе составляющей частью общей автоматизированной системы является аппаратура бесконтактного счета, которая позволяет получить данные о входе/выхода пассажиров на остановке, в этом параграфе рассматриваются методические основы оценки качества счета именно такого класса аппаратуры.
Оценку точности измерения применительно к входящим/выходящим пассажирам можно разделять по трем измерениям входа/выхода, имеющим различный физический смысл, степень агрегации данных и находящихся в следующих соотношениях St Trip Day (2.1) -St-остановочный пассажиропоток, экспертно [0-50] (чел.); - Trip - пассажиропоток по рейсу/кругорейсу [50-200] (чел.); - Day - суточный пассажиропоток [200-1000] (чел.).
Рассмотрим погрешность каких из перечисленных измерений может быть оценена с использованием классических оценок теории эксперимента и теории вероятности. Классическая оценка абсолютных и относительных погрешностей при неизвестном точном значении А выглядят следующим образом: А = а± = а\1± я(1± 5), (2.2) \ а/ где А - точное значение исследуемой величины; а - экспериментальная оценка исследуемой величины; є- абсолютная погрешность измерения, и базируются на следующей предпосылке о погрешности производимых измерений: «Л, є«\с/[, (2.3)
Очевидно, не для всех трех уровней агрегации, названных выше соотношение (2.3) верно, а, следовательно выполняется оценка (2.2).
Формализация постановки задачи при отсутствии информации о законе распределения случайной величины погрешности измерения, применительно к автоматическому счету пассажиров. Формальная постановка задачи:
1. Результатом измерения считаем измерение входа/выхода одного человека через створ дверей транспорта.
2. Предполагаем, что оценка точности аппаратуры счета не смещена -Мя = О. То есть аппаратура недосчитывает и пересчитывает в пределе одинаковое количество раз. В противном случае при устремлении количества измерений в бесконечность мы имели бы последовательность случайных величин с неограниченными первым и вторым моментами. По классической теории эксперимента при изучении различного рода погрешностей из случайного процесса, который представляет собой погрешность измерения, предварительно выявляют систематическую ошибку и делают на неё соответствующую поправку, чтобы иметь дело с несмещенной оценкой погрешности измерения.
3. Дополнительно дано:
В силу требований высокой точности относительная ошибка лежит в интервале 0-100%, то есть при ошибочном счете одного входящего аппаратура или пропускает, или считает за двоих и не более.
Опытным путем находятся следующие характеристики случайной величины: є— расчетное значение абсолютной погрешности, полученное опытным путем. Ver - расчетная достоверность оценки для погрешности измерения. -дисперсия среднего погрешностей в проводимых экспериментах. A - количество измерений, для которых экспериментальным путем находятся значения погрешности S и достоверность этого результат Ver.
4. Исследовать: Найти и исследовать зависимость абсолютной погрешности и доверительного интервала от количества производимых измерений.
Воспользовавшись оценкой для вероятности среднему арифметическому любого числа попарно независимых и одинаково распределённых величин отличаться от (мат. ожидания) более, чем на заданное є (из закона больших чисел):
Разработка методики сбора и обработки информации для экспериментальногоопределения точности аппаратуры автоматического счета входящих/выходящих пассажиров
Специфика измерения входящих/выходящих пассажиров наряду со стандартным методом оценки точности измерительного прибора - сравнение измеренных значений с эталонными, позволяет оценивать качество измерений на протяжении всего жизненного цикла оборудования. Связано это с тем, что счет ведется как входящих, так и выходящих пассажиров, измерения эти проводятся параллельно и независимо друг от друга, а итоговая сз мма по рейсу/за сутки априори одинакова, поскольку в начале и в конце рейса/суток салон транспортного средства пуст. Таким образом, за эталонное значение можно принимать среднее значение между суммарным входом и выходом. Благодаря данному факту есть возможность параллельно с активным экспериментом провести пассивный эксперимент, который априори не может давать такую же оценку точности счета, однако не лишен смысла благодаря возможности систематического контроля работы аппаратуры. Разработка методики и проведение активного эксперимента по определению точности счета пассажиров.
Проведение активного эксперимента включает две независимые составляющие:
1) Определение различных режимов входа/выхода, при которых точность автоматического счета пассажиров будет различная. Определение интегрального веса каждого из режимов входа/выхода в общем пассажиропотоке на маршрутной сети города в разрезах по будним/выходным дням, маршрутам различной загруженности с учетом доли маршрутов различной загруженности на маршрутной сети г. Москвы.
2) Определение в активном эксперименте значения погрешности аппаратуры бесконтактного счета для указанных режимов входа/выхода и последующий расчет интегральной точности данной аппаратуры на маршрутной сети г. Москвы.
Поскольку применение аппаратуры бесконтактного счета входящих/выходящих пассажиров в научном плане недостаточно разработано в нашей стране, к моменту разработки методики проведения активного эксперимента, не было найдено источников, в которых бы в явном виде был сформулирован перечень режимов входа/выхода, которые по разному ухудшают точность счета пассажиров. Поэтому автору пришлось экспертно сформулировать перечень этих режимов на основе достаточно глубоко изученного принципа работы инфракрасных датчиков бесконтактного счета по посланным/отраженным сигналам, а так же на основе логики обработки получаемых сигналов от датчиков. Перечень основных режимов входа/выхода в г. Москве на 2005 год приведен в табл. 3.1:
Таблица 3.1 1 .Вход/выход во все двери 1.1 Свободное движение (движение через створ не затруднено, ступеньки свободны) 1.2. Затрудненное движение (на ступеньках стоят люди.) 2. Вход через переднюю дверь с оборудованием АСКП 2.1 Свободный проход к валидатору (движение через створ без задержки на ступенях) 2.2 Затрудненное движение (остановки на ступенях при посадке) 2.3 Оставшиеся на нижней ступеньке в момент закрытия дверей.
Группе экспертов предстояла на основе указанных режимов входа/выхода по специально разработанной анкете (прил. 3.1) предстояло оценить долю каждого из режимов в общем пассажиропотоке по городу. Эксперты выбирались из сотрудников отдела изучения пассажиропотока филиала ГУП «Мосгортранс» филиал «Служба движения» со стажем не менее 2-х лет. С учетом быстро изменяющихся пассажирских перевозок в г. Москве за последние 2 года, данный факт позволил не присваивать экспертам коэффициенты компетентности.
Количество экспертов п, обеспечивающее заданную точность измерений, можно установить, зная закон распределения мнений экспертов и стандартную ошибку оценок Sx. Тогда, используя известное выражение, можно определить минимальное количество экспертов п, обеспечивающее заданную точность измерения: где SQ -стандартное отклонение, определяемое по формуле в ІІ-Гї-ІЬ-Л (3-2) где т, - среднеарифметическое значение приведенных оценок экспертов по данному режиму входа/выхода; я,-количество экспертов, участвующих в экспертизе, по которой определяется требуемое кол-во экспертов; щ - количество различных режимов входа/выхода.
Количество экспертов ограничено 8-ю человеками, а согласно [107] распределение мнений экспертов принимается как нормальное. В данной ситуации пользуются распределением Стьюдента для оценки параметров данного распределения.
Интегральная погрешность на маршрутах без аппаратуры АСКП для входа и выхода соотв. рассчитывается как I k=l /=1 /=1 =I W j=\ I Ы /=1 ./=1 =1 /=1 j=\ где 5/7 - доля будних дней в неделе, 2/7 - доля выходных; Q - отношение объема перевозок в будни к перевозкам в выходные дни; еВо_ш,єВо_ті-погрешности счета для входа/выхода -го режима входа во все двери транспорта при отсутствии аппаратуры АСКП, полученная из активного эксперимента; Pii_bj pB_ mj- Доля суточной перевозки для j-ro периода суток входа/выхода, полученная на основе экспертных оценок. t - количество категорий маршрутов по максимальной загрузке. п - количество периодов суток с различным пассажиропотоком т- количество различных режимов входа/выхода при входе/выходе через все двери транспорта, которым соотв. свое значение %./Л/ %., погрешности счета пассажиров, найденное по результатам активного эксперимента.
Интегральная погрешность на маршрутах с аппаратурой АСКП для входа и выхода соотв. рассчитывается как: I =! (=1 у=1 / =1 М у. где m„— количество различных режимов входа/выхода при входе/выходе через двери транспорта с аппаратурой АСКП, которым соотв. свое значение погрешности счета пассажиров, найденное по результатам активного эксперимента.
Определение наиболее выделяющихся мнений экспертов.
Согласно приняты методам опросов экспертов, которые были использованы в данной методике, эксперты опрашивались так, чтобы мнения одних не влияли на ответы других экспертов. В силу такой независимости проведения опроса следует проверить однородность ответов и исключить из дальнейших расчетов мнения тех специалистов, которые могут координально отличаться от мнения большинства. Для этого производилось сравнение ранжировок специалистов с окончательной ранжировкой факторов.
Описание технологии сбора и обработки данных о входящих/выходящих пассажирах с использованием разработанных мат. моделей и алгоритмов по улучшению точности и достоверности данных
Данные пассивного эксперимента, полученные на троллейбусном маршруте №12 показали следующие результаты (прил. 3.927): зависимость средних значений выхода по сгруппированным значениям наполнения салона на различных остановках маршрута имеют линейную аппроксимацию с достоверностью коэф. Пирсона R2 є [0.85,0.96] на отрезке [0,80] чел. (рис. 3.080). Величина отклонения при этом слишком большая для того, чтобы на основе такой модели данных достоверно и с высокой точностью оценивать значения выхода на остановках, а так же оценивать вероятность события «нет желающих выйти на остановке» по величине наполнения салона при подъезде к этой остановке.
Получение количественной оценки параметров для нахождения верхней границы неопределенности местоположения входа/выхода в рейсе с учетом различных режимов движения по маршруту.
Оценка для качества определения местоположения входа/выхода пассажиров в производственном рейсе была получена на основе оценок (2.59) п.2.4.2 для троллейбусного маршрута №12, на котором собирались данные пассивного эксперимента. В табл. З.ы92 представлены расчетные значения параметров, необходимых для нахождения вероятности возникновения неопределенности при отнесении пассажиропотока к остановке маршрута. Итоговые результаты показали следующие вероятности распознавания рейсов прямого и обратного направления (табл. 3.9): основе данных пассивного эксперимента, можно сделать следующий вывод: - для получения статистически значимого результата на данном маршруте необходимо определить режим движения с открыванием дверей на всех остановках маршрута вне зависимости от наличия желающих войти/выйти. - логика географической идентификации рейса как множества его остановок неприемлема из-за низкой достоверности результата. - географическая идентификация рейса в случае измерения пассажиропотока на всех остановках является вероятностью распознавания
1. Активный и пассивный эксперимент по исследованию практической точности аппаратуры автоматического счета в специфических условиях загрузки подвижного состава показали: - высокую точность счета как в активном, так и в пассивном эксперименте; близость полученных значений и обоснование заниженной точности аппаратуры по данным экспертных оценок и активного эксперимента. - оценку интегральной точности счета на основе экспертных оценок различных режимов входа/выхода и данных активного эксперимента. - возможные допустимые значения ошибки счета при малых значениях входа/выхода из-за специфики целочисленного измерения на примере специфики пассажиропотока г. Москвы.
2. Собранная статистика входа/выхода по дверям двудверного автобуса позволили получить статистически достоверную зависимость между входом/выходом через разные двери транспорта, что позволяет получать данные о пассажиропотоке от частично неработающей аппаратуры с высокой достоверностью.
1. На основе разработанной методики проектирования «подсистемы автоматического определения местоположения», были определено множество заданных и множество переменных параметров функционирования и их значений, в рамках исследуемой системы автоматизированного учета объемов пассажирских перевозок на ШТ. На полученном подмножестве переменных параметров определены их оптимальные значения с точки зрения автоматического местоопределения входа/выхода пассажиров на маршруте ГПТ.
4. Была определена сложность топологии маршрутов на основе данных о взаимном удалении соседних и не соседних остановок друг от друга.
5. На основании данных пассивного эксперимента была получена оценка средней точности позиционирования средствами спутниковой навигации в городской черте в рамках исследуемой системы учета пассажиропотоков.
6. Исследование зависимости количества выходящих пассажиров от наполнения салона показало, что для ряда остановок такая зависимость является не ярко выраженной и статистически незначимой, а для ряда остановок отсутствует вовсе. Вследствие данного факта получение количественного значения для параметра «вероятность проезда мимо остановочного пункта» не была найдена в рамках данного исследования.
Похожие диссертации на Разработка методики сбора и обработки данных о пассажиропотоках на городском пассажирском транспорте с применением аппаратуры бесконтактного счета и спутниковой навигации
