Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом
A conceptual and formal description of a fragment of urban transport network is offered. The structure of the simulation model of the network is determined. Methodology for investigation of the network characteristics on the model and technology for the investigation using the programme-technologica...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
2019
|
| Онлайн доступ: | https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/165346 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System research and information technologies |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System research and information technologies| _version_ | 1866302337130168320 |
|---|---|
| author | Halushko, V. N. Levchuk, V. D. Maksimei, I. V. Mohyla, V. S. Chechet, P. L. |
| author_facet | Halushko, V. N. Levchuk, V. D. Maksimei, I. V. Mohyla, V. S. Chechet, P. L. |
| author_sort | Halushko, V. N. |
| baseUrl_str | http://journal.iasa.kpi.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2019-04-25T14:46:04Z |
| description | A conceptual and formal description of a fragment of urban transport network is offered. The structure of the simulation model of the network is determined. Methodology for investigation of the network characteristics on the model and technology for the investigation using the programme-technological complex of simulation in the course of design modelling of the transport network structure are described. |
| first_indexed | 2025-07-17T10:24:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
© В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет, 2006
18 ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1
TIДC
ПРОГРЕСИВНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ,
ВИСОКОПРОДУКТИВНІ КОМП’ЮТЕРНІ
СИСТЕМИ
УДК 629.4. 082.3
ТЕХНОЛОГИЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДИНАМИКИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПАССАЖИРОПОТОКА
ГОРОДСКИМ ТРАНСПОРТОМ
В.Н. ГАЛУШКО, В.Д. ЛЕВЧУК, И.В. МАКСИМЕЙ, В.С. МОГИЛА, П.Л. ЧЕЧЕТ
Приводится содержательное и формальное описание фрагмента городской
транспортной сети. Определена структура ее имитационной модели. Описаны
методика исследования характеристик сети на модели и технология исследо-
вания с помощью программно-технологического комплекса имитации при
проектном моделировании структуры транспортной сети.
ВВЕДЕНИЕ
Характер поведения пассажиров на городском транспорте, вероятностный
характер движения транспортных средств определяют технологические
процессы обслуживания пассажиропотоков как иерархическую вероятност-
ную сложную систему, для которой известные аналитические и численные
модели случайных процессов во многих случаях неприемлемы. Поэтому все
чаще для исследования этих процессов используется имитационное модели-
рование. Но имитация — ресурсоемкая процедура, требующая автоматиза-
ции процессов разработки, испытания и использования имитационных мо-
делей (ИМ) вероятностных иерархических сложных систем (ВИСС). При
исследовании городских транспортных систем (ГТС) известные средства
моделирования сложных систем [1] и технологии их применения трудно
использовать из-за иерархического характера структуры. Моделированием
ГТС занимались многие исследователи [2, 3, 4]. Результаты разработок по-
казали, что проблемы организации обслуживания пассажиропотока в ГТС
весьма сложны, и в каждом конкретном случае удавалось достичь лишь час-
тичного решения задачи.
Например, в работе [2] предложено использовать автоматизированный
имитационный комплекс городской пассажирской транспортной системы
как инструмент автоматизации проектирования перевозочного процесса на
ГТС, который позволяет установить количественные характеристики струк-
туры сети и вариант функционирования внедряемой транспортной системы.
В работе [3] приведена технология оценочного проектирования маршрутной
сети и формирования невложенных кратчайших путей на графе транспорт-
ной сети, составления расписаний движения транспортных средств. В рабо-
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 19
те [4] изложен опыт зарубежных разработок ИМ ГТС. Как правило, это де-
терминированные ИМ, в которых имитация ведется либо по средним значе-
ниям, либо используются методики теории расписаний, либо применяются
аналитико-имитационные модели массового обслуживания. В других типах
ИМ сочетаются методики описания сетевых структур с динамическим про-
граммированием при решении задач выбора путей минимальной стоимости
или кратчайшего пути.
Поэтому разработка способов формализации технологических процес-
сов в ГТС и средств реализации ИМ ГТС весьма актуальна при проектном
моделировании или анализе динамики пассажиропотоков имеющимся со-
ставом транспортных средств в ГТС заданной структуры. В данной работе
на типовом примере дается содержательное и формальное описание фраг-
мента ГТС, определена структура ИМ ГТС и технология постановки имита-
ционных экспериментов (ИЭ), а также приведены средства реализации ком-
понентов ИМ ГТС и технология их применения в ходе проектного
моделирования ГТС. В качестве средства автоматизации ИЭ используется
программно-технологический комплекс имитации (ПТКИ) ГТС, который
представляет собой предметно-ориентированное расширение системы мо-
делирования MICIC [5] для проектного моделирования процессов обслужи-
вания пассажиропотоков ГТС.
СОДЕРЖАТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ГОРОДСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ
Объектом исследования является фрагмент ГТС, состоящий из четырех
маршрутных линий ( jMLIN , Jj −=1 ) c двухсторонним движением
itn
транспортных средств ( jkTRSR ,
itnk −=1 ). По ходу движения jkTRSR на
jMLIN встречается шесть светофоров ( lSV , 61−=l ), регулирующих оче-
редность пересечения jkTRSR перекрестков сети дорог. На jMLIN распо-
ложено три типа остановочных станций ( rOST , Rr −=1 ): конечных, обыч-
ных и пересадочных. Каждая rOST имеет порядковый номер ( r ), номер
маршрутной линии ( j ), признак типа станции ( krPS ). ГТС обслуживает
пассажиропоток, обеспечивая перевозку пассажиров по jMLIN . Каждый
пассажир ( iPASS ) имеет маршрутную карту ( iMK ) передвижения по ГТС.
Существуют две фазы передвижения iPASS в ГТС: проезд от места его
проживания до места трудовой деятельности (Ф1), возвращение iPASS от
места трудовой деятельности до места проживания (Ф2).
На rOST пассажир совершает следующие операции: начальная посадка
jkTRSR ( i1O ), выход из jkTRSR на пересадку ( i2O ), ожидание прихода
нового jkTRSR ( i3O ), вход в jkTRSR во время пересадки iPASS ( i4O ),
выход пассажира из jkTRSR и переход до места трудовой деятельности
( i5O ), начальная посадка iPASS при возвращении его с места трудовой де-
ятельности ( i6O ), выход из jkTRSR и передвижение до места проживания
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 20
( i7O ). Каждый пассажир совершает множество пересадочных операций,
направляясь от rOST до hOST в фазе 1, а затем возвращаясь от hOST до
rOST в фазе 2. Далее цикл обслуживания iPASS в ГТС в следующие сутки
повторяется. Между фазами обслуживания iPASS отдыхает в месте прожи-
вания в течение времени ( iотτ ) и находится на месте трудовой деятельности
время ( iрабτ ). В общем случае iотτ и iрабτ , а также интенсивности поступ-
ления iPASS в ГТС ( riλ ) являются случайными величинами. При этом
предполагается, что передвижение iPASS от мест проживания или трудо-
вой деятельности до rOST осуществляется по кратчайшим путям.
Будем различать следующие уровни представления ГТС: поведение
iPASS до и после контакта с jkTRSR , с помощью которых они передвига-
ются вдоль jMLIN (уровень 1 — создание и уничтожение суточного пасса-
жиропотока); обслуживание iPASS на jMLIN с помощью jkTRSR (уровеь
2 — транспортное обслуживание ГТС пассажиропотока); функционирова-
ние транспортных линий, определяющих алгоритмы поведения jkTRSR
согласно установленным расписаниям движения (уровень 3 — организация
транспортных маршрутов ГТС); обслуживание ГТС суточного пассажиро-
потока (уровень 4 — функционирование всей ГТС). Исследования динамики
развития процессов в ГТС проводятся с целью поиска узких мест в структу-
ре ГТС; оценки пропускной способности ГТС при заданной структуре по
имеющемуся составу { jkTRSR }; определения рационального состава
{ jkTRSR }, обеспечивающего требуемые характеристики качества обслу-
живания { iPASS } существующей или проектируемой ГТС; определения
среднесуточной диаграммы распределения токов во времени суток в сетях
энергоснабжения jMLIN . Чтобы решить любую из перечисленных задач
исследования динамики функционирования согласно известной методике
исследования ВИСС [6], необходимо разработать иерархическую формаль-
ную модель описания ГТС, преобразовать полученное формальное описание
технологии обслуживания ГТС пассажиропотока в имитационную модель
всей ГТС; определить последовательность этапов испытания и исследования
свойств ИМ ГТС, проверить адекватность ИМ реальному технологическому
процессу обслуживания пассажиропотока фрагментом ГТС; реализовать
методику постановки ИЭ с помощью ИМ ГТС.
ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ГОРОДСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ
В качестве аппарата составления формального описания ГТС применен
транзактно-процессный способ описания динамики поведения компонентов
ВИСС. Для каждого из уровней представления ГТС использован свой набор
описателей. На самом верхнем уровне иерархии ГТС (уровень 4) описы-
вается функционирование всей ГТС, состоящей из множества jMLIN .
В примере ГТС, приведенном на рисунке, динамика функционирования
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 21
OSST8
SV2
SV1
SV4
SV3
SV6
SV5
TRSR 3
TRSR 4
TRSR 9
TR
SR 8
TR
SR
2
TR
SR
7
TRSR16
TRSR 13
TRSR
10
TRSR 17
TRSR
5
TR
SR
1
TR
SR
6
TR
SR
1
1 TR
SR 14
OSST9
OSST6
OSST7
OSST5
OSST4
OSST26
OSST25
OSST 13
OSST14
OSST24
OSST20
OSST23
OSST22
OSST23
OSST15
OSST16
OSST19
OSST18
OSST17
OSST10
OSST1
OSST 2
OSST3
OSST 12
OSST 11
TRSR 15
TRSR 4
TRSR 17
TRSR 15
Фрагмент городской транспортной сети
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 22
процесса обслуживания пассажиропотока представляется четырьмя jMLIN
( 41−=j ). Причем для каждой jMLIN определены свой трафик движения
jkTRSR и расписание работы светофоров lSV ( 61−=l ) на этих маршрут-
ных линиях. Необходимо фиксировать статистику отклонений фактического
движения jkTRSR от расписаний их движения при заданном составе
jkTRSR на jMLIN ; осуществить поиск узких мест в ГТС; сформировать
интегральные эпюры распределения токов во времени и пространстве рас-
пределенной линии электропередач jMLIN всей ГТС. На 3-м уровне дета-
лизации ГТС необходимо составить алгоритм функционирования jkTRSR .
Отобразим процессы обслуживания пассажиропотоков множеством
{ jkTRSR } как взаимодействие процессов-имитаторов, в совокупности ото-
бражающих различные стороны функционирования jkTRSR с множеством
транзактов { iTR }, составляющих пассажиропотоки в сети, которые скапли-
ваются в очередях rOST , и множеством «кортежей» транзактов ( rjkCORT ),
объединяющих множество { iPASS }, в процессе их передвижения в преде-
лах jkTRSR . Под «кортежем» ( rjkCORT ) понимается список iTR , заплани-
рованных на высадку на rOST из jkTRSR , движущихся вдоль jMLIN .
К моменту посадки iPASS на rOST в самом jkTRSR уже имеется множе-
ство «кортежей» { rjkCORT }, в каждом элементе которого существует спи-
сок iTR , с запланированным выходом на следующей rOST по ходу движе-
ния jkTRSR .
В функции процессов-имитаторов движения в момент прибытия на
rOST входит имитация высадки iPASS с помощью следующей последова-
тельности действий: выбор rjkCORT со списком тех iTR , которые в момент
высадки iPASS из jkTRSR на rOST должны поступить в очередь «на вы-
садку»; расформирование rjkCORT путем выбора из этого списка всех iTR
и помещения их в очередь 2; подсчет числа iTR , покидающих
jkTRSR ( rn ); определение числа свободных мест в jkTRSR на момент на-
чала посадки iPASS ( rm ); расчет интервала времени высадки iPASS на
rOST из jkTRSR ( rn01выс ττ = , где 01τ — квант времени высадки одного
пассажира из jkTRSR ); назначение момента активизации процесса-
имитатора посадки iPASS (USPOSAD). Затем процесс-имитатор USPOSAD
выбирает из очереди 1 («на посадку») находящихся на остановке iTR в этой
очереди (но не более, чем имеется в jkTRSR свободных мест на момент
начала входа пассажиров). Далее, анализируя содержимое «тела» iTR , оп-
ределяется у каждого iTR номер rOST с запланированной «высадкой», и
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 23
затем этот iTR вносится в соответствующий кортеж ( rjkCORT ). В итоге
процесс USPOSAD переформировывает все множество кортежей { rjkCORT },
имеющееся у jkTRSR , добавляя к нему все поступившие iTR в jkTRSR на
rOST . Формируется величина интервала посадки iPASS ( rn02пос ττ = , где
02τ — квант времени посадки одного пассажира из jkTRSR ) и назначается
момент активизации процесса-имитатора движения jkTRSR (USDVIG).
Этот процесс реализует следующие функции: имитация процесса за-
пуска jkTRSR ; расчет момента остановки jkTRSR по указателю светофора
или по массиву указателей остановочных пунктов для движущихся
jkTRSR ; формирование статистик о динамике пусков и остановок kTRSR ,
необходимых для функционирования процесса-имитатора токов (USTOKOV);
повторный запуск jkTRSR по указателю светофора ( 1USVET ) или после
завершения высадки iPASS из jkTRSR (движение реализуется в направле-
нии jTRLIN до следующей rOST ); контроль прибытия jkTRSR на конеч-
ную остановку и затем запуск процессов USVISAD или USRASPIS. В функ-
ции процесса-имитатора USRASPIS входит контроль за выполнением
расписания движения jkTRSR на jMLIN .
С помощью процесса USREASV контролируется момент прибытия
jkTRSR к месту установки светофора и контроль указателя светофора
(USVET) согласно следующей последовательности действий. С постоянным
шагом τ∆ изменения модельного времени проверяется состояние USVET,
находящихся на jMLIN . При появлении сигнала запрета движения выраба-
тывается соответствующее значение USVET. Затем с интервалом времени
svjτ∆ меняется значение USVET на разрешающее движение, процесс
USDVIG реагирует, и алгоритм имитации поведения jkTRSR продолжает-
ся. Процесс USTOKOV фиксирует все остановки и запуски в движении
jkTRSR на jMLIN , формирует статистику потребления токов jkTRSR .
Эта статистика должна постоянно формироваться в единый файл потребле-
ния токов во время движения jkTRSR всей ГТС.
На 2-м уровне иерархии ГТС рассматриваются процессы обслуживания
iPASS на jMLIN с помощью jkTRSR , которые представляются взаимодей-
ствием двух типов имитаторов: поступления iPASS на rOST из микрорай-
онов проживания или из районов трудовой деятельности с помощью про-
цесса IM. rPASSAG ; реализации операций пересадки iPASS на rOST с
помощью US. PERES. Связь между этими процессами и iTR осуществляет-
ся очередями двух типов: iTR на rOST для посадки в jkTRSR , функцио-
нирующей вдоль jMLIN (in. rlque ); iTR на rOST для пересадки и воз-
вращения iPASS в микрорайоны (ou. rlque ). При этом iTR из ou. rlque
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 24
выбираются процессом IM. PERES, а затем направляются в очередь на пере-
садку in. rlque уже другой jMLIN . В очередь in. rlque поступают от
IM. rPASSAG , который имитирует поступление { iPASS } на пересадочную
станцию rOST с интенсивностью (λ ). В очереди ou. rlque iTR поступают
от процесса USVISAD из ИМ jkTRSR во время операции «высадка пасса-
жиров», и затем во время операции «посадка пассажиров» процесс
USPOSAD выбирает iTR из очереди in. rlque . Таким образом, каждая
jMLIN на rOST имеет по две очереди: на посадку и на высадку пассажи-
ров. Сколько маршрутов пересекается в rOST , столько будет очередей на
посадку и на посадку из jkTRSR .
Оценка качества обслуживания iPASS на rOST производится по ко-
эффициентам Литла, характеризующим потери транзактов в очередях и вы-
числяемым по формулам: оч1сроч1ср1LT ltr = ; оч2сроч2ср2LT ltr = , где оч1срt ,
оч2срt — средние времена ожидания пассажиров на остановке в очереди на
посадку и на пересадку; оч1срl , оч2срl — среднее число пассажиров, ожи-
дающих посадки или пересадки в этих очередях. Множества { r1LT , r2LT }
представляют собой статистику нахождения пассажиров на всех остановках
ГТС, с помощью которой определяются узкие места в ГТС и осуществляет-
ся анализ качества обслуживания пассажиров.
На первом уровне детализации ГТС рассматривается динамика поведе-
ния { iPASS } с помощью взаимодействия iTR с процессами, имитирующи-
ми функционирование внешней среды ГТС. В отличие от общеизвестного
описания ВИСС [6], транзактами в среде IM MICIC используется iTR
сложной структуры. Кроме заголовка, у iTR имеется еще «тело», опреде-
ляющее информационную его составляющую: адреса поля параметров тран-
закта ( jPARAM ) и поля накопления статистики обслуживания iTR
( iSTAT ), программ реализации алгоритма обслуживания состояний iTR
(PROGi ), а также индивидуальный маршрут движения по ИМ ГТС. Таким
образом, по ИМ ГТС движется только заголовок iTR от одной очереди к
другой. Он состоит из идентификатора ( i ), приоритета обслуживания iTR в
очередях ( iπ ), адреса «тела» транзакта ( iα ). При наличии «тела» каждый
iTR представляет собой динамический элемент ИМ ГТС с собственной тра-
екторией движения по ИМ ГТС, задаваемой его маршрутной картой движе-
ния. В ИМ ГТС каждый iTR в цикле суточной имитации функционирова-
ния ГТС существует с момента его рождения ( itрожд ) до момента его
уничтожения ( itун ). Строки в iMK состоят из описателей траектории дви-
жения iTR по элементам ИМ ГТС. Основной характеристикой качества об-
служивания iPASS в ГТС является время жизни транзакта
iii ttT рождунж −= .
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 25
В результате имитации ГТС формируется множество статистик { iTж },
которые затем используются для оценки качества обслуживания { iPASS }
вариантами организации ГТС. Отметим, что номера строк ( i ) в матрице
iTR (МАМК) означают идентификаторы остановочных станций и мест по-
садки пассажиров, имеющих двойную индексацию (номера маршрута 1j и
станции посадки 1i ). Номера столбцов ( s ) в МАМК — идентификаторы
станций назначения, имеющие аналогичную адресацию ( 1j — номер марш-
рута, 2i — номер станции высадки/пересадки). Элементы матрицы
МАМК на пересечении 1i -й строки с s -м столбцом — адреса хранения
iMK .
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГОРОДСКОЙ
ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ
В качестве средства переработки формального описания ГТС в имитацион-
ную модель всей ГТС используется язык моделирования СM MICIC [5],
технологическая оболочка котрого позволяет оперативно формировать ти-
повые компоненты ИМ ГТС: имитаторы пассажиропотока (IM. iPASSAG ),
пересадочных станций (IM. rPERES ), транспортных средств (IM. jkTRSR ),
регулировки светофоров (IM. SVETl) на пути движения jkTRSR , маршрут-
ных линий (IM. MLIN). Все эти имитаторы объединяются в имитационной
модели. С помощью таких типовых подмоделей конструируются варианты
ИМ ГТС, которые затем каталогизируются в библиотеку СM MICIC. Каждая
из этих подмоделей состоит из нескольких процессов-имитаторов, взаимо-
действующих друг с другом с помощью системы очередей. Рассмотрим
структуру и функциональное назначение имитаторов процессов и подмоде-
лей компонентов ИМ ГТС.
IM. rPASSAG состоит из двух процессов-имитаторов: рождения iTR в
начале рабочего дня ( 1GENER ) в местах проживания; в местах трудовой
деятельности irPASS ( 2GENER ) при возврате iTR к месту их создания.
Эти два генератора в совокупности позволяют скомпоновать модель внеш-
ней среды ГТС, формируя iMK движения iTR по ГТС.
IM. rPERES состоит из одного процесса US. rPERES и набора очере-
дей двух типов. Первый тип содержит списки iTR , ожидающих посадки на
j-ю маршрутную линию. Второй — iTR , покидающие jkTRSR на rOST
для обслуживания процессом 1GENER или 2GENER , с помощью процесса
US. rPERES для поступления в одну из очередей на пересадку. С помощью
этих очередей осуществляется синхронизация подмоделей IM. iPASSAG и
IM. jkTRSR в составе подмодели IM. jMLIN . Если на rOST поступают
iPASS нескольких типов, то с помощью системы очередей каждая IM.
rPERES объединяется с соответствующим числом IM. irPASSAG .
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 26
IM. jkTRSR состоит из шести процессов-имитаторов различных функ-
ций транспортного средства (US. VISAD, US. POSAD, US. DVIGEN, US.
RЕASVIT, US. RASPIS, US. TOKOV), двух типов очередей транзактов
(in. rlque и ou. quer) , набора кортежей транзактов ( rjkCORT ). В совокупно-
сти эти процессы обеспечивают имитацию операций: высадки из jkTRSR
всего множества { iTR }, покидающих всем кортежем rjkCORT транспорт-
ное средство на rOST , расположенной на той же jMLIN ; выбора множест-
ва { iTR } из очереди на rOST и переформирование всех кортежей iTR в
IM. jkTRSR путем рассортировки всех iTR по кортежам, движущимся к
соответствующим rOST ; имитации запуска и остановки движения jkTRSR
по мере его прибытия к местам установки светофоров на jMLIN или же к
местам расположения rOST . Одновременно с помощью US. RЕASVIT про-
исходит слежение за пересечением kTRSR светофоров или за выработкой
сигналов управления процессом-имитатором US. DVIG. С помощью про-
цессов US. TOKOV фиксируется статистика расхода токов транспортными
средствами, а процесс US. RASPIS контролирует выполнение на конечных
остановках расписания движения jkTRSR .
В итоге IM. jMLIN состоит из множества процессов {UК. ljSVETOF };
массива указателей состояния светофоров {UК. ljSVET } и указателей
станций остановок {UК. ljMUST }; расписания отправления и прибытия
jkTRSR на конечные пункты.
Общая структура ИМ ГТС задается графом GRGTS, узлами которого
являются rOST , а ребрами — участки jMLIN между соседними останов-
ками и светофорами. Особенности задания графа GRGTS: ориентирован-
ность ребер GRGTS в соответствии с направлением движения jkTRSR по
jMLIN ; поскольку допускается двухстороннее движение jkTRSR вдоль
jMLIN , то может иметь место соединение узлов парами разнонаправленных
ребер. Каждый узел GRGTS снабжен набором идентификаторов qjrs ,,, .
Для узлов GRGTS (светофоров) 0>s ; 0=r ; j — номер маршрута; 0=q .
Для узлов GRGTS (остановочных пунктов) 0=s ; r — порядковый номер
rOST ; множество идентификаторов — номера jMLIN , станции ( 0=q —
конечная; 1=q — обычная станция высадки пассажиров; 2≥q — число
маршрутных линий, пересекающихся в r -м узле GRGTS). Для конечных
станций rOST указывается число транспортных средств, движущихся по
jMLIN . Пример задания GRGTS приведен на рисунке, из которого видно,
что ИМ вероятностной ГТС содержит 75 типовых имитационных моделей
элементов сети (26 — IM iPASSAG ; 26 — IM. rPERES ; 17 — IM. jkTRSR ;
6 — IM. 1SVET ). Таким образом, необходимо разработать и объединить до-
вольно много подмоделей в единую ИМ варианта ГТС, что и определяет
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 27
актуальность разработки средств автоматизации построения, испытания и
эксплуатации вариантов ИМ ГТС.
Все эти имитаторы представляют собой параметризованные заготовки
подмоделей. Их можно размножать требуемое число раз средствами CM
MICIC [5]. Каждый имитатор является реентерабельной программой, кото-
рая одновременно в режиме квазипараллелизма моделирует несколько под-
моделей на основе разделения рабочих массивов.
ПРОГРАММНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ИМИТАЦИИ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГОРОДСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ
Разработка ИМ вариантов сети ГТС трудоемка и требует много ресурсов
ЭВМ. Поэтому для автоматизации этапов создания, испытания и экс-
плуатации ИМ ГТС предложен ПТКИ ГТС — предметно-ориентированное
расширение СM MICIC на данную область проектного моделирования
ВИСС. Структурно комплекс состоит из универсальной и предметно-
ориентированной частей. Универсальная часть ПТКИ ГТС создана на базе
СM MICIC путем добавления библиотек программ и процедур: испытания и
исследования свойств ИМ в среде СM MICIC; организации имитационных
экспериментов; сервисных программ технологической оболочки СM MICIC;
единой информационной базы комплекса; процедур генераторов случайных
потоков.
В состав предметно-ориентированной части комплекса входят: биб-
лиотека процедур функций (LIB FUNK), из которых формируются алго-
ритмы имитаторов и процессов ( iPASS , rPERES , USVISAD, USPOSAD,
USRASPIS, USDVIG, USREASVIT, USTOKOV).
Библиотека LIB.IMELEM содержит готовые имитационные модели
(IM. iPASSAG , IM. kPERES , IM. jkTRSR , IM. lSVET , IM. LIN), состоящие
из универсальных параметризованных элементов, позволяющих конст-
руировать варианты ИМ GTS с помощью технологической оболочки
комплекса и затем их каталогизировать в библиотеку вариантов ИМ ГТС
(LIB. IM. VGTS). Все эти ИМ — высокопараметризованные заготовки, реа-
лизованные на языке СM MICIC и позволяющие путем задания количества
каждого типа подмоделей, состава фактических значений параметров ИМ
скомпилировать в среде СM MICIC варианты ИМ ГТС. В состав LIB.IMGTS
входит параметризованный набор версий ИМ, адаптированных под кон-
кретную структуру ГТС; план интенсивностей поступления iPASS в сеть, а
также исследуемое расписание движения iPASS на jMLIN .
Библиотека LIB.ISPIM содержит процедуры оценок точности имитации
(PR.TOCHN), устойчивости режима имитации ( PR.USTOI), чувствительно-
сти откликов к вариациям параметров ИМ ( PR.CHUVS), проверки стацио-
нарности режима имитации ( PR.STASI).
LIB.EXPER получена объединением пакета прикладных программ об-
работки данных STATISTIKA [7] и процедур принятия решений [5].
LIB.RECHN состоит из процедур, обеспечивающих основные операции
принятия решений: «свертки» компонент вектора откликов ИМ к скалярной
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 28
величине; формирования матрицы решений; определения значений класси-
ческих критериев принятия решений.
В состав LIB.TECНNO входят процедуры генерации случайных пото-
ков по заданным вероятностям и функциям распределения вероятностей;
верификации моделей; проверки адекватности ИМ реальной системе (путем
сравнения средних значений откликов по критерию Стьюдента).
Обработка большого объема программирования и отладки компонент
ИМ ГТС существенно облегчается за счет автоматизации, испытания и ис-
пользования подмоделей с помощью ПТКИ ГТС и технологий его примене-
ния. Технология построения и использования ИМ ГТС состоит из следую-
щей последовательности этапов:
1. Построение ИМ ГТС средствами технологической оболочки ПТКИ
ГТС (формирование массивов, матриц следования пассажиров и справочни-
ков программ имитации поведения пассажиров по ГТС программой анализа
трафика передвижения пассажиров (ПАТРАФ), сформированных в ходе мо-
ниторинга реальной ГТС).
2. Установка начальных значений в «телах» iTR по IM. VGTS про-
граммой начала имитации по информации, полученной в ходе мониторинга
ГТС.
3. Испытание и исследование свойств IM. VGTS по составленному
плану постановки экспериментов в соответствии с процедурой Монте-
Карло.
4. Эксплуатация IM. VGTS на основе использования процедур Монте-
Карло и формирование выборок множества откликов подмоделей для дос-
тижения заданной достоверности моделирования.
На этапе 1 с помощью библиотеки параметризованных подмоделей-
заготовок осуществляется замена элементов графовой структуры ГТС соот-
ветствующими элементами структуры ГТС. При этом вариант ИМ ГТС
состоит из R подмоделей PM. iPASSAG и PM. kPERES ; tsn подмоделей
PM. jkTRSR , j подмоделей PM. jTRLIN . Устанавливается принадлежность
каждой kTRANSRPM. к области данных PM. jTRLIN ; PM. iPASSAG к
области данных PM. kPERES . С помощью технологической оболочки
ПТКИ ГТС осуществляется заготовка рабочих полей для каждой из выше-
перечисленных реентерабельных программ подмоделей. Отметим, что
ПТКИ ГТС позволяет использовать большое число версий каждой подмоде-
ли, равное числу остановок, транспортных систем и светофоров. Скомпоно-
ванные в одну ИМ ГТС все программы заготовок этих подмоделей с помо-
щью технологической оболочки ПТКИ ГТС каталогизируются в библиотеку
LIB. IM. VGTS. Вариант ГТС представляет собой параметризованную заго-
товку ИМ, требующую замены параметров подмоделей фактическими зна-
чениями («запитка» ИМ ГТС).
На этапе 2 вначале организуется натурный эксперимент (НЭ) на реаль-
ной ГТС с целью получения исходной информации для «запитки» ИМ ГТС
реальной статистикой поведения iPASS , функционирования транспортных
средств и светофоров. Результаты мониторинга ГТС также используются
для верификации и проверки адекватности ИМ реальной ГТС. Отметим
уникальный характер поведения пассажиров, поступающих с различных
Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2006, № 1 29
остановок. Однако результаты мониторинга, полученные авторами, убеж-
дают в том, что экспоненциальные и равномерные распределения парамет-
ров подмоделей являются скорее исключением и чаще всего имеют нор-
мальные распределения, колеблющиеся в широком диапазоне их значений.
В технологической цепочке ПТКИ ГТС реализованы наиболее типичные
последовательности процедур организации мониторинга параметров пове-
дения компонентов ГТС таким образом, чтобы можно было с помощью
средств оконной технологии исследователю, не являющемуся специалистом
в программировании, получить необходимую статистику поведения компо-
нентов реальной ГТС.
На этапе 3 с помощью библиотеки процедур LIB.ISPIM по запросам
исследователя выполняются следующие процедуры: оценка точности ими-
тации, определение длины периода перехода ИМ в стационарное состояние,
оценка устойчивости имитации при десятикратном увеличении интервала
моделирования.
Чувствительность откликов ИМ к вариациям параметров ИМ ГТС оце-
нивается по известным методикам [2,3,4] с целью минимизации числа пара-
метров и откликов варианта ИМ ГТС.
На этапе 4 реализуется эксплуатация ИМ ГТС исследователем-
предметником, не профессионалом в имитации. Специфика этого этапа —
необходимость решения задач анализа на основе использования метода ста-
тистических испытаний. Практически каждый отклик ИМ ГТС — выборка
объема N , где N — число реализаций ИМ ГТС в процедуре Монте-Карло,
что обусловливает применение процедур формирования функций распреде-
ления, вычисления оценок математических ожиданий и дисперсий откликов
моделирования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложен новый подход к имитационному моделированию ГТС, основан-
ный на использовании транзактно-процессного способа имитации динамики
обслуживания пассажиров существующим подмножеством транспортных
линий ГТС с высоким уровнем детализации.
Принципиальное отличие нового подхода от известных заключается в
следующем. Во-первых, ИМ ГТС являются вероятностными и основывают-
ся на методе статистических испытаний при решении задач исследования
ГТС. Этот подход потребовал фиксации новых классов статистик имитации
и вычисления откликов ИМ ГТС, которые ранее не использовались. Во-
вторых, структура сети уже задана, а матрица корреспонденций пассажиров
формируется на основе мониторинга существующего пассажиропотока в
ГТС. Результаты мониторинга оформляются в виде функций распределения
параметров ГТС, которые затем используются при моделировании других
вариантов ГТС. В-третьих, используются два новых типа элементов ГТС:
динамические элементы в виде моделей поведения пассажиров, представ-
ляющие собой транзакты сложной структуры («тело» транзакта, в котором
хранится маршрутная карта пассажира, и поле сбора статистики поведения
транзакта); статические элементы с типовыми алгоритмами поведения [6].
В.Н. Галушко, В.Д. Левчук, И.В. Максимей, В.С. Могила, П.Л. Чечет
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2006, № 1 30
В-четвертых, вводится еще более сложная структура динамического эле-
мента ИМ в виде «кортежа» транзактов, представляющего собой модель
всех пассажиров, следующих внутри транспортного средства до одной и той
же станции пересадки. В-пятых, это ориентация технологической оболочки
ПТКИ ГТС на пользователя-предметника, не являющегося профессионалом
в прикладной математике и имитации, облегчающая реализацию основных
этапов исследований средствами оконной технологии.
Перечисленные особенности предлагаемой технологии и средств ее
реализации определяют перспективу развития и использования ПТКИ ГТС
при решении задач анализа поиска узких мест и оценки пропускных спо-
собностей транспортных линий ГТС. Технология проведения НЭ и обработ-
ки результатов мониторинга пассажиропотоков с помощью ПТКИ ГТС ап-
робирована в условиях маршрутов ГТС г. Гомеля. Результаты апробации
технологии исследований ГТС позволяют сделать вывод о возможности ее
реализации в пределах областных городов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Основы имитационного и статистического моделирования: Уч. пособие/
Ю.С. Харин, В. И. Малюгин, В. П. Кирлица и др. — Минск: Дизайн ПРО,
1997. — 288 с.
2. Лопатин А.П. Автоматизация проектирования АСУ перевозочным процессом
на городском пассажирском транспорте с использованием методов и
средств имитационного моделирования. — М.: НПО, 1982. — 117 с.
3. Лопатин А.П. Моделирование перевозочного процесса на городском пасса-
жирском транспорте. — М.: Транспорт, 1985. — 117 с.
4. Моделирование пассажиропотоков в транспортной системе (оценка вариантов
развития транспортной системы и анализа чувствительности модели) / Пер.
с англ. — М.: Транспорт, 1982. — 207 с.
5. Задачи и модели исследования операций. Т. 3. Технология имитации на ЭВМ и
принятие решений: Уч. пособие / И.В. Максимей, В.Д. Левчук, С.П. Жогаль
и др. — Гомель: БелГУТ, 1999. — 150 с.
6. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. — М: Радио и связь,
1987. — 230 с.
7. Демиденко О.М., Максимей И.В. Имитационное моделирование взаимодейст-
вия процессов в вычислительных системах. — Минск: Белорусская наука,
2000. — 230 с.
8. Боровиков В.П, Боровиков И.П. STATISTIKA — статистический анализ и обра-
ботка данных в среде Windows. — М.: Филинъ, 1998. — 608 с.
Поступила 30.09.2004
|
| id | journaliasakpiua-article-165346 |
| institution | System research and information technologies |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-17T10:24:48Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | journaliasakpiua/93/0abcb5a4f79881615d40ab2c4c992693.pdf |
| spelling | journaliasakpiua-article-1653462019-04-25T14:46:04Z Simulation technology for dynamics of urban transport passengers servicing Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока городским транспортом Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом Halushko, V. N. Levchuk, V. D. Maksimei, I. V. Mohyla, V. S. Chechet, P. L. A conceptual and formal description of a fragment of urban transport network is offered. The structure of the simulation model of the network is determined. Methodology for investigation of the network characteristics on the model and technology for the investigation using the programme-technological complex of simulation in the course of design modelling of the transport network structure are described. Приводится содержательное и формальное описание фрагмента городской транспортной сети. Определена структура ее имитационной модели. Описаны методика исследования характеристик сети на модели и технология исследования с помощью программно-технологического комплекса имитации при проектном моделировании структуры транспортной сети. Наведено змiстовний i формальний опис фрагменту мiськоï транспортноï мережi. Визначено структуру її iмiтацiйноï моделі. Описано методику дослiдження характеристик на моделі мережi та технологiю дослiдження за допомогою програмно-технологiчного комплексу iмiтацiï при проектному моделюваннi структури транспортноï мережi. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2019-04-25 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/165346 System research and information technologies; No. 1 (2006); 18-30 Системные исследования и информационные технологии; № 1 (2006); 18-30 Системні дослідження та інформаційні технології; № 1 (2006); 18-30 2308-8893 1681-6048 ru https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/165346/164564 Copyright (c) 2021 System research and information technologies |
| spellingShingle | Halushko, V. N. Levchuk, V. D. Maksimei, I. V. Mohyla, V. S. Chechet, P. L. Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title | Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title_alt | Simulation technology for dynamics of urban transport passengers servicing Технология имитационного моделирования динамики обслуживания пассажиропотока городским транспортом |
| title_full | Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title_fullStr | Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title_full_unstemmed | Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title_short | Технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| title_sort | технологія імітаційного моделювання динаміки обслуговування пасажиропотоку міським транспортом |
| url | https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/165346 |
| work_keys_str_mv | AT halushkovn simulationtechnologyfordynamicsofurbantransportpassengersservicing AT levchukvd simulationtechnologyfordynamicsofurbantransportpassengersservicing AT maksimeiiv simulationtechnologyfordynamicsofurbantransportpassengersservicing AT mohylavs simulationtechnologyfordynamicsofurbantransportpassengersservicing AT chechetpl simulationtechnologyfordynamicsofurbantransportpassengersservicing AT halushkovn tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâdinamikiobsluživaniâpassažiropotokagorodskimtransportom AT levchukvd tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâdinamikiobsluživaniâpassažiropotokagorodskimtransportom AT maksimeiiv tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâdinamikiobsluživaniâpassažiropotokagorodskimtransportom AT mohylavs tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâdinamikiobsluživaniâpassažiropotokagorodskimtransportom AT chechetpl tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâdinamikiobsluživaniâpassažiropotokagorodskimtransportom AT halushkovn tehnologíâímítacíjnogomodelûvannâdinamíkiobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkimtransportom AT levchukvd tehnologíâímítacíjnogomodelûvannâdinamíkiobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkimtransportom AT maksimeiiv tehnologíâímítacíjnogomodelûvannâdinamíkiobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkimtransportom AT mohylavs tehnologíâímítacíjnogomodelûvannâdinamíkiobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkimtransportom AT chechetpl tehnologíâímítacíjnogomodelûvannâdinamíkiobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkimtransportom |