Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и тенденции развития пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте 9
1.1. Основные направления структурной реформы на пассажирском железнодорожном транспорте 9
1.2. Организация пассажирских перевозок на железных дорогах России в условиях реформирования отрасли 13
1.3. Реформирование железнодорожного транспорта и организация пассажирских перевозок за рубежом 25
1.4. Анализ научных работ по вопросам организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте 33
1.5. Обоснование цели, постановка задачи и методы исследования 38
1.6. Выводы 41
2. Построение модели оптимального выбора категории мест и установление функции спроса пассажиров на перевозки 44
2.1. Построение математической модели 44
2.1.1. Функция полезности 46
2.1.2. Предельная норма замещения благ 47
2.1.3. Модель оптимального выбора категории мест в поездах дальнего следования 49
2.1.4. Построение функции спроса пассажиров на места различных категорий при логарифмической функции полезности 53
2.1.5. Пример расчета функции спроса пассажиров на места различных категорий при логарифмической функции полезности 58
2.2. Выводы 63
3. Расчет плана формирования пассажирских поездов дальнего следования в соответствии со структурой пассажиропотока 64
3.1. Требования, предъявляемые к исходной информации для расчета плана формирования пассажирских поездов 64
3.2. Разработка математических основ одновременного выбора оптимальных числа, назначений и схем составов поездов 67
3.2.1. Разработка математической модели 68
3.2.2. Линеализация модели 71
3.3. Выбор варианта плана формирования поездов дальнего следования, при наибольшем соответствии спроса и предложения мест в вагонах разных типов при ограниченном ресурсе парка пассажирских вагонов 72
3.3.1. Пример расчета 76
3.4. Выбор варианта плана формирования поездов дальнего следования, максимизирующего прибыль железной дороги от перевозок 80
3.5. Выводы 88
4. Расчеты по установлению эффективности модели выбора варианта плана формирования поездов дальнего следования, максимизирующей прибыль железной дороги 91
4.1. Эффективность применения предлагаемой модели расчета числа и назначений пассажирских поездов на направлениях Санкт-Петербургского узла 91
4.2. Эффективность применения предлагаемой модели расчёта числа и назначений пассажирских поездов на направлении Москва-Новосибирск 97
4.3. Выводы 101
Заключение 103
Список использованных источников
- Организация пассажирских перевозок на железных дорогах России в условиях реформирования отрасли
- Анализ научных работ по вопросам организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте
- Модель оптимального выбора категории мест в поездах дальнего следования
- Разработка математических основ одновременного выбора оптимальных числа, назначений и схем составов поездов
Введение к работе
Уровень экономического и социального развития государства во многом определяется его транспортной обеспеченностью. Не случайно Правительство Российской Федерации уделяет самое пристальное внимание вопросам модернизации и развития транспортного комплекса, его интеграции в мировую транспортную систему.
Переход железнодорожного транспорта - одной из базовых отраслей экономики Российского государства в новую организационно-правовую форму является историческим событием, для достижения которого проделан сложный путь. Идеология эволюционного подхода к реформе отрасли была заложена в «Основных направлениях развития железнодорожного транспорта до 2005 года», принятых на Всероссийском съезде железнодорожников в 1996 году и утвержденных Президентом Российской Федерации, а затем в Концепции структурного реформирования железнодорожного транспорта, утвержденной Правительством в 1998 году.
ОАО «РЖД» изначально является крупнейшей транспортной компанией России, обеспечивающей 39% совокупного грузооборота и более 40% пассажирооборота. ОАО «РЖД» - одна из крупнейших транспортных компаний мира, занимающая 2-3 место по объемным показателям. По уровню производительности труда, интенсивности использования подвижного состава и инфраструктуры Российские железные дороги опережают железнодорожные системы развитых европейских государств, а по протяженности электрифицированных линий являются крупнейшими в мире.
Железнодорожный транспорт - одна из важнейших базовых отраслей экономики. Он играет ключевую роль в обеспечении транспортных потребностей населения и экономики страны. При огромных российских территориальных пространствах железные дороги- важнейший фактор экономического и социального развития страны, проведения экономических преобразований, укрепления социально-экономического единства страны, нормального функционирования сложного хозяйственного комплекса России. Железнодорожный транспорт - один из основных инструментов рационального развития и размещения производственных сил, оптимизации хозяйственных связей, вовлечения в промышленный оборот новых источников топлива и сырьевых ресурсов.
Пассажирские перевозки на железнодорожном транспорте - важнейшая составляющая перевозочного процесса, одной из их особенностей является ярко ф выраженный социальный характер, так как перевозка различных слоев населения затрагивает интересы миллионов пассажиров.
Социально-экономические реформы, развитие рыночных отношений, политические процессы, проходящие в нашей стране в последнее десятилетие, изменение системы отраслевых и территориально-хозяйственных связей предопределяют возрастание роли пассажирского железнодорожного транспорта и требуют создания эффективных транспортных систем.
В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации Ф от 18 мая 2001 года № 384 «О программе структурной реформы на железнодорожном транспорте» основной задачей организации и управления пассажирским комплексом является обеспечение полного и качественного удовлетворения платежеспособного спроса населения на перевозки с минимальными издержками, достижение максимальной эффективности функционирования железнодорожного пассажирского транспорта.
Для увеличения прибыльности пассажирского комплекса необходимо определить пути, позволяющие повысить эффективность функционирования т системы освоения пассажиропотоков, сократить затраты на перевозки пассажиров при одновременном повышении качества перевозок и обеспечении безопасности, комфортабельности, срочности; повысить конкурентоспособность пассажирского железнодорожного транспорта; изыскать возможность предоставления качественно новых дополнительных услуг пассажирам дальнего следования.
Важнейшими из этих мероприятий являются реформирование структуры управления пассажирских перевозок в дальнем сообщении, разработка ресурсосберегающих технологий и решение комплекса оптимизационных задач, позволяющих сократить затраты на осуществление перевозок пассажиров в дальнем сообщении.
Внедрение в практику работы пассажирского железнодорожного транспорта вычислительной техники и современных методов управления позволяет по новому обозначать и находить решение сложных задач организации пассажирских перевозок в дальнем сообщении.
В современных условиях эксплуатации железнодорожного транспорта важнейшие значения приобретают экономико - математические методы управления и организации пассажирских перевозок, направленные на удовлетворение требований пассажиров при одновременном сокращении затрат железнодорожного транспорта.
Целью настоящего исследования является разработка методических и теоретических основ для выбора оптимальных числа и назначений пассажирских поездов дальнего следования, позволяющих увеличить прибыльность работы пассажирского комплекса при условии повышения степени удовлетворения спроса населения на вагоны высокой степени комфортности.
Современное состояние теории и практики организации пассажирских перевозок в дальнем сообщении в нашей стране и за рубежом указывает на актуальность обозначенной проблемы в работе.
Математические модели выбора оптимального плана формирования пассажирских поездов в дальнем сообщении, предлагаемые в диссертационной работе, позволяют получить варианты, способные увеличить прибыльность перевозок, повысить качество обслуживания пассажиров, рационально использовать ресурсы парка пассажирских вагонов.
Предлагаемые в работе методы позволяют находить уровень доходов, расходов и прибыли в соответствии с распределением пассажиропотока, показывают количество поездов и назначений, их схемы, распределение пассажиропотоков по типам вагонов, тем самым внедрение методик позволяет установить требования по определению нормо-мест при продаже билетов. Также методики позволяют оценить неудовлетворённый спрос пассажиров по типам вагонов на каждом участке следования поезда при изменении уровня прибыли железной дороги. Кроме того, появляется возможность анализа влияния степени удовлетворения спроса пассажиров на экономические Щ показатели работы комплекса.
Организация пассажирских перевозок на железных дорогах России в условиях реформирования отрасли
В условиях структурного реформирования отрасли железнодорожный транспорт продолжает занимать ведущее место среди других видов транспорта в освоении пассажиропотоков. Услугами железнодорожного транспорта в 2002 году воспользовались свыше 1,3 млрд. человек, в том числе 121 млн. - в дальнем сообщении; пассажирооборот составил 152871 млн. пасс-км (табл. 1.1). Только на Московской железной дороге поездами дальнего следования было перевезено свыше 27 млн. человек по данным статистической отчетности за 2002 год (табл. 1.2).
В 2003 году были полностью преодолены тенденции спада в области пассажирских перевозок. За первые 5 месяцев работы ОАО «РЖД» перевезено 497 млн. пассажиров, в том числе в дальнем следовании 48 млн. человек. По сравнению с аналогичным периодом предыдущих лет объем пассажирских перевозок увеличился на 8% и достиг 55,5 млрд. пасс-км. Количество перевезенных пассажиров - 1 млрд. 300 млн. человек. Увеличение произошло за счет проведения гибкой тарифной политики, развития межрегионального пассажирского движения, введения новых маршрутов, активизации контрольно-ревизионной работы, совершенствования организации продаж билетов. На основе динамичного роста пассажирооборота (не менее 2% ежегодно) будет полностью компенсирован его глубокий спад в 2001-2002 гг. и превышен уровень 2000 года. При этом транспортная подвижность населения возрастет на 4,1 % к уровню 2000 года и на 10,2% к уровню 2003 года.
На сегодняшний день наблюдается тенденция колебания основных показателей работы железнодорожного транспорта (рис. П. 1.1 - рис. П. 1.3 приложения 1). Средняя дальность перевозки пассажиров согласно отчетным данным МПС РФ за 2002 год составила- 878,2 км, средняя населенность пассажирского вагона в дальнем сообщении - 28,7 человек/ вагон.
Инвентарный парк пассажирских вагонов, включая специальные (почтовые, багажные, вагоны-рестораны, и прочие), по состоянию на август 2003 г. составил 25754 вагона (табл. П.1.1-П.1.2 приложения 1).
Услуги пассажирам предоставляются на 541 вокзале и более 6 тыс. обгонных пунктах пассажирского комплекса ОАО «РЖД». Персонал, занятый в работе пассажирского комплекса в 2002 году, составил свыше 141 тыс. человек, из которых более 120 тыс. человек заняты в эксплуатации. В дальнем сообщении железные дороги перевозят 9,5% пассажиров, при этом выполняется 69,5%) пассажиро-километровой работы и обеспечивается 87% доходов.
Неоднородна структура перевозок пассажиров и в различных типах подвижного состава: 56% перевозок осуществляется в вагонах плацкартного типа, 28%о - в купейных, 14% - в общих, и только 2% - в спальных вагонах (рис. П. 1.4 - рис. П. 1.7 приложения 1).
Так, доля вагонов СВ и купейных составляет 30% в объеме перевезенных пассажиров, а в доходах - 51%. Перевозки в плацкартных и общих вагонах, соответственно, составляют долю в 70% в объеме отправленных пассажиров, а приносят при этом только 49% доходов. Наиболее востребованными остаются перевозки в плацкартных вагонах (рис. П. 1.8 - П. 1.11 приложения 1).
Необходимо отметить, что при высокой населенности плацкартных и общих вагонов процент покрытия расходов доходами в этих типах вагонов составляет только 29 и 14% соответственно.
В зависимости от периодичности обращения пассажирские поезда дальнего следования подразделяются на поезда круглогодичного обращения, летние и факультативные (особого назначения), назначаемые при значительном увеличении пассажиропотока. Всеми этими видами поездов в 2002 году было перевезено более 120 миллионов пассажиров, что всё-таки меньше числа перевезённых пассажиров в 2001 году (табл. 1.2.).
Пассажирские железнодорожные перевозки, в том числе и дальнего сообщения, которые и в условиях стабильной экономики были низко рентабельными, в современных условиях являются убыточными. Убытки в 2002 году увеличились по сравнению с 2001 годом и составили 54 943 млн. рублей (табл. 1.3). На компенсацию убытков направляется около половины прибыли, получаемой от грузовых перевозок [60]. Поскольку негативные процессы происходят и там, компенсация убыточности пассажирских железнодорожных перевозок должна быть постепенно исключена.
Анализ научных работ по вопросам организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте
Большой научно-практический вклад в изучение вопросов выбора схем составов пассажирских поездов, организации пассажиропотоков, расчёта плана формирования поездов дальнего следования, организации информационного обеспечения перевозочного процесса, изучению спроса пассажиров внесли работы М.И. Загордана, B.C. Колпакова, Ф.П. Кочнева, В.А. Кудрявцева А.П. Петрова, Н.В. Правдина, В.Я. Негрея, Ю.О. Пазойского, В.А. Персианова, В.Г. Шубко, С.С. Жаброва, Н.А. Батуриной, Т.А. Веретенковой, А.Н. Киселева, В.И.
Лукашева, В.И. Солдаткина, В.А. Федорова, Б.Е. Марчука, Е.А. Макаровой, Ю.В. Попова, М.Н. Беленького, Т.Н. Каликиной, О.Н. Пановой, Б.Ф. Андреева, В.А. Аверкина, А.Д. Шишкова, В.Л. Белозерова и др.
Исследованию влияния веса и скорости пассажирских поездов на основные эксплуатационные характеристики пассажирских перевозок посвящены работы Ф.П. Кочнева [57]. Определение оптимальных веса и средней ходовой скорости движения пассажирских поездов в дальнем и местном сообщении осуществляется с помощью построения экономико-математической модели, которая учитывает объёмы перевозок, техническую оснащённость железнодорожных линий, условия работы пассажирского транспорта и т.д. В качестве основного критерия выступает сокращение времени нахождения пассажиров в пути следования поезда.
Математическому моделированию и прогнозированию пассажиропотоков посредством ЭВМ с использованием данных статистической отчётности о перевозках, натурному обследованию поездов на направлениях, вопросам сбора и обработки информации с привлечением средств автоматики и вычислительной техники посвящены работы [63, 64]. Под непосредственным руководством В.И. Лукашева в 1984 году была разработана "Автоматизированная система технологического контроля по учёту свободных и освобождающихся мест в пассажирских поездах дальнего следования". Система базируется на формализации процесса контроля с помощью ЭВМ за деятельностью поездной бригады по заполнению форм поездной учётной документации. Была проведена опытная апробация автоматизированной системы на сети дорог, однако, в дальнейшем она не нашла широкого применения из-за недостаточной достоверности учётных данных и большой трудоёмкостью ввода первичной информации в ЭВМ.
Также вопросы определения и прогнозирования пассажиропотоков исследованы в работах Н.А. Гридасова, П.А. Дармояна, С.С. Жаброва, П.П. Кобзева, Н.Г. Кучевского, Н.В. Правдина, В.Я. Негрея, О.Н. Пановой и ряда других авторов.
Вопросы автоматизации расчёта пассажиропотоков дальнего следования рассматриваются в работах [52, 53]. В результате проведённых исследований, установлено, что в августе распределение корреспонденции между различными направлениями можно производить пропорционально размерам движения пассажирских поездов. Во все остальные периоды года считается, что пассажиры выбирают для поездки кратчайший по времени следования маршрут.
Принцип распределения корреспонденции на полигоне по критерию времени был заложен и при определении величины пассажиропотоков в работе [56].
В своей совместной работе В.А. Федоров и В.И. Лукашев предлагают рассчитывать количество перевозимых пассажиров в дальнем сообщении статистическим методом, на основе территориальной обработки, и эксплуатационным, который позволяет получить необходимую детализацию струй [109]. Данная методика была принята за основу при моделировании пассажиропотоков в дальнем сообщении. При проведении расчётов сетевого уровня удобно использовать отчетную форму ЦО-23, учитывающую корреспонденции пассажиропотоков между опорными станциями за месяц максимальных перевозок (август).
Математическая модель прогнозирования пассажиропотоков с учётом влияющих на них факторов представлена в работе [ПО]. В качестве зависимой переменной величины здесь выступают размеры пассажирского движения, а независимыми являются численность населения, рост заработной платы, уровень развития регионов.
Модель оптимального выбора категории мест в поездах дальнего следования
Частные производные функции полезности имеют следующий содержательный смысл. Пусть количество мест в вагоне к-ой категории изменилось на величину Д хк а количество остальных мест не изменилось. Это вызвало изменение (частное приращение) функции полезности А ш = и (xi X2 - X + A хк - Х)-и (х, х2 - Х - х пРичемД х 0 А 7/ Величина 0 указывает на изменение полезности мест в вагоне к-го типа Ах на дополнительную единицу. Переходя к пределу при Д Хк - 0 получим А Я Я Jjm = - = —— . О . Данная величина, т.е. частная производная ——, Дх О Ах Хк Хк называется предельной полезностью мест в вагоне к— го типа. Обратимся к вопросу о взаимозаменяемости мест для проезда в вагоне одной категории местами других категорий. Пусть объемы потребляемых билетов изменились соответственно на малые величины Д Х{, Д х2,---Д х Тогда полным приращением полезности является величина Au = du, где: ди 7 ди 1 ди 7 du = - d Xi + —а х2+-+ —а хк 5Х, дХ2 дХк -полный дифференциал функции полезности. Если предположить, что уровень полезности не изменяется, то т du = y\ dXk - Допустим, количества всех благ, кроме h и /, которые м дХк взаимно заменяемы, не меняются. Тогда получим: ди 7 ди дХн дх, Откуда имеем: = d х„ = Ах, = ди/дх, Пы dx Ах Чдх„ Ах Величина w ==± носит название коэффициента (нормы) предельной Аос, эквивалентной замены мест, который обратно пропорционален отношению предельных полезностей данных мест, взятому с противоположным знаком. Поскольку 0 ,(к = \,г), то уі 0, т.е. увеличение потребления одной дхк категории мест вызывает уменьшение потребления других категорий для сохранения одного и того же уровня полезности.
Изучение изменения нормы предельной заменяемости одних категорий мест другими играет важнейшую роль для изучения закономерностей потребления. Практика показывает: если потребность в определённом благе удовлетворяется незначительно, то относительная полезность этого блага по отношению к другим для сохранения одного и того же уровня полезности высока. По мере увеличения потребления этого блага нормы заменяемости уменьшаются [20]. Обратимся теперь к смыслу вторых частных производных функций „ д2и полезности. Вторые частные производные характеризуют изменение дх.дхк ди т-, д2и предельной полезности . В частности, характеризуют изменение дхк дхк ди , предельной полезности мест в вагоне А:-го типа при изменении дхк я2 потребления мест этого же типа вагона. Предполагают, что —— 0 , т.е. дхк2
предельная полезность места в вагоне любой категории уменьшается по мере того, как её потребление увеличивается. Это допущение носит название закона убывания предельной полезности [20].
Модель оптимального выбора категории мест ф в поездах дальнего следования Как отмечалось выше, в основе модели поведения пассажиров лежит гипотеза, что каждый из них, осуществляя выбор категории вагона для проезда железнодорожным транспортом при заданных ценах на билеты и имеющемся доходе, стремится максимизировать уровень удовлетворения своих потребностей. Поскольку предпочтение пассажира при выборе категории вагона выражается целевой функцией и(х), то модель выбора категории вагона 0 пассажиром имеет вид следующей задачи математического программирования: U(X)=U (jC,.Jb.".,xt) - та (2.1.1) при условиях: ipkXk±M (2-1.2) Хк 0, k = U- (2.1.3) где р — стоимость проезда в вагоне -ой категории; ф М- уровень среднемесячного дохода пассажира за вычетом стоимости потребительской корзины в соответствии с регионом его проживания;
Следует иметь в виду, что принятый принцип оптимального выбора категории вагона пассажирами не следует понимать в буквальном смысле слова, а именно, что каждый пассажир перед тем, как приобрести билет на поезд дальнего следования, решает сформулированную задачу.
В рассматриваемой модели допускается, что выбор типа вагона ограничен только величиной дохода потребителя транспортных услуг. В реальной действительности на выбор пассажира могут оказывать влияние и другие факторы, например, дефицит предлагаемых мест определённых категорий. Но это можно учесть, введя ограничение на множество значений векторов х. Так, например, если предложение мест/иго типа вагона ограничено числом х, то тогда вводят ограничение Х/-х] Задача (2.1.1)-(2.1.3) является обычной задачей математического программирования, которая состоит в максимизации строго вогнутой функции при линейном ограничении. Решение такой задачи существует и оно единственно. Это оптимальное решение называется точкой равновесия задачи оптимального выбора пассажиром категории вагона поезда.
Разработка математических основ одновременного выбора оптимальных числа, назначений и схем составов поездов
Одним из важнейших вопросов освоения пассажиропотоков в дальнем сообщении является оптимизация расчета числа и назначений пассажирских поездов с учетом в равной степени удовлетворения спроса пассажиров на проезд в вагонах разных типов, а также интересов самой железной дороги.
При выборе оптимальных числа и назначений, основным критерием является уровень затрат, связанный с транспортными расходами по освоению пассажиропотоков, а также с введением в обращение поездов различных назначений, при учете технического оснащения железных дорог, оценки времени нахождения пассажиров в пути следования, комфортабельности поездки. Однако, в современных условиях эксплуатации требуется разработать стратегию повышения эффективности управления пассажирскими перевозками, перейти от затратного механизма оценки эффективности к поиску путей повышения прибыльности.
Ограничения по освоению пассажиропотока в дальнем сообщении связаны с техническими ограничениями по перерабатывающей способности станций формирования и оборота составов, пропускной способности линий, наличному парку пассажирских вагонов по каждому типу.
Задача расчета числа и назначений состоит в том, чтобы предоставляемое количество мест в поездах, курсирующих по данным участкам, соответствовало густоте пассажиропотока на них. Таким образом, густота пассажиропотока напрямую связана с числом поездов, вводимых в обращение, и принимается в соответствии с данными системы «Экспресс-3» о густоте пассажиропотока по участкам. Составы пассажирских поездов формируются и оборачиваются на крупных пассажирских и технических станциях, поэтому возможности станций по обработке поездов существенно влияют на число и назначения поездов на участке.
Для расчета плана формирования необходимо знать вместимость поезда. Доля различных категорий вагонов в составе поезда зависит от спроса на категорию мест и ресурса вагонного парка. Количество вагонов в составе лимитировано мощностью обращающихся на участке локомотивов, а также техническим оснащением и путевым развитием станций.
Таким образом, основными факторами, оказывающими влияние на расчет числа и назначений поездов дальнего следования, являются: доходы, полученные за перевозку пассажиров; расходы по их освоению; спрос пассажиров на типы вагонов; густота пассажиропотока, в т.ч. по типам вагонов; число поездов, которое может формировать головная станция или оборачивать пассажирская техническая станция участка; вместимость поезда по каждой категории мест; наличный парк пассажирских вагонов; пропускная способность железнодорожных линий.
В существующих методиках расчета оптимального плана формирования [8, 45, 82, 91 и др.] основным критерием для определения маршрутов следования поезда являлось время нахождения пассажира в пути, т.е. корреспонденции пассажиропотока направлялись по кратчайшему по времени пути следования. Однако, в современных условиях эксплуатации, в связи с наблюдающимся имущественным расслоением общества по уровню дохода, данный критерий не является единственным. Для каждого имущественного слоя должен быть принят свой критерий: это может быть как стоимость проезда по маршруту в вагоне данной категории, удобство времени отправления и прибытия, так и время в пути следования, уровень комфортности (в т.ч. наличие дополнительных услуг) и т.п.
Данные о густоте пассажиропотока характеризуют фактически сложившиеся маршруты следования поездов и систему организации перевозок в целом.
Месячная густота пассажиропотока на участке с учётом спроса на категории мест в поездах определится по формуле:
Для сегментирования по категориям мест густот пассажиропотока, определяемых функцией спроса, будем считать, что корреспонденция пассажиропотока распределяется в том же соотношении, что и число потенциально приобретаемых пассажирами билетов, в зависимости от их стоимости и среднемесячного дохода граждан.
