Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью
Дано опис універсальної параметризованої імітаційної моделі транспортного обслуговування пасажиропотоку транспортною мережею міста i технологія її використання для розв’язання задач експлуатаційної практики. The description of universal parameterized simulator of transport servicing of the volume of...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы управления и информатики |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209490 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью / И.В. Максимей, Е.И. Сукач, В.Н. Галушко // Проблемы управления и информатики. — 2009. — № 2. — С. 121-131. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860246327744528384 |
|---|---|
| author | Максимей, И.В. Сукач, Е.И. Галушко, В.Н. |
| author_facet | Максимей, И.В. Сукач, Е.И. Галушко, В.Н. |
| citation_txt | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью / И.В. Максимей, Е.И. Сукач, В.Н. Галушко // Проблемы управления и информатики. — 2009. — № 2. — С. 121-131. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы управления и информатики |
| description | Дано опис універсальної параметризованої імітаційної моделі транспортного обслуговування пасажиропотоку транспортною мережею міста i технологія її використання для розв’язання задач експлуатаційної практики.
The description of universal parameterized simulator of transport servicing of the volume of flow of passengers by a city transport network and technology of its use for the decision of problems of operational practice is given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:37:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
© И.В. МАКСИМЕЙ, Е.И. СУКАЧ, В.Н. ГАЛУШКО, 2009
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 121
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И УПРАВЛЕНЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
УДК 681.3
И.В. Максимей, Е.И. Сукач, В.Н. Галушко
ПРОЕКТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОБСЛУЖИВАНИЯ ПАССАЖИРОПОТОКА
ГОРОДСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ
Введение
Проблема оптимизации в сложных системах, к которым относятся транс-
портные системы (ТС), становится одной из наиболее актуальных. ТС можно рас-
сматривать в виде совокупности двух множеств элементов: «узлы» системы и
«потоки» между узлами. Связями в данной трактовке системы выступают отно-
шения инциденции узлов и потоков. Такое представление позволяет отнести ТС
к объектам графовой структуры и применить методы теории графов к построению
моделей ТС и их исследованию. Однако такие модели не позволяют учесть дина-
мически изменяющиеся характеристики и случайный фактор при функциониро-
вании ТС. Поэтому применение имитационного моделирования, а также специа-
лизированных структур и алгоритмов, позволяющих наилучшим образом решать
поставленные задачи, значительно облегчит этот процесс и обеспечит переход на
новый, качественно более высокий уровень проектирования ТС и управления ими.
С другой стороны, разработка имитационных моделей (ИМ) различных
транспортных систем требует учета их особенностей и целей моделирования. При
исследовании автомобильных транзитных потоков необходимо иметь в виду, что
все транзитные потоки одновременно функционируют в одной ТС и требуется
определить интегральный максимальный поток и наиболее эффективный вариант
распределения этого потока в сети с учетом наличия множества потоков в вы-
бранном направлении.
При исследовании железнодорожных ТС следует учитывать ряд ограничений
и особенностей этих систем, а именно то, что они функционируют в условиях
утвержденного плана формирования составов, на основе которого составляется
график движения поездов. Однако наличие различных стратегий обслуживания
транспортных потоков на станциях (отправительская и сквозная маршрутизация)
и возможные сбои на отдельных участках сети требуют проигрывания множества
вариантов организации движения.
Имитационное моделирование обслуживания пассажиропотоков городской
транспортной сетью (ГТС) предполагает учет движения не только транспортных
единиц, но и пассажиропотоков, а также ограничителей движения с помощью
светофоров.
Разработка ИМ всех перечисленных ТС представляет собой длительный,
трудоемкий процесс, и довольно часто к моменту эксплуатации реализованные
модели оказываются непригодными из-за существенных изменений, произошед-
ших в исследуемой ТС. Поэтому автоматизация процессов построения и эксплуа-
тации ИМ ТС сократит сроки выполнения проектных работ при создании автома-
тизированных систем управления ТС, будет способствовать их эффективному
внедрению и использованию.
122 ISSN 0572-2691
Для автоматизации процессов построения и эксплуатации ИМ ТС предлага-
ется использовать комплекс имитационных моделей объектов графовой структу-
ры (КИМ ОГС), обеспечивающий процесс исследования ТС без знания техноло-
гических аспектов программирования и позволяющий оперативно провести ис-
следования путем использования одной из моделей, модифицированной с учетом
имеющихся данных и критериев поиска решения.
Выбор одной из моделей комплекса имитационного моделирования ОГС
определяется проблемной областью и типом задачи. Использование единого ком-
плекса ИМ для различных ТС позволит расширить множество решаемых задач и
на детальном уровне исследовать функционирование реальных ТС.
В данной работе приводится состав КИМ ОГС. Подробно рассматриваются
особенности формализации функционирования ГТС. Описывается имитационная
модель обслуживания пассажиропотока ГТС и технология ее эксплуатации.
1. Состав КИМ ОГС
КИМ ОГС состоит из следующих компонентов:
— ИМ транзитных автомобильных потоков региона (IM_ATR);
— ИМ сортировочной станции железнодорожной сети (IM_JST);
— ИМ железнодорожной сети (IM_JS);
— ИМ городской транспортной сети (IM_GTS);
— технологическая оболочка комплекса, организующая диалоговое взаимо-
действие пользователя с имитационными моделями комплекса (INTF);
— подсистема испытания и исследования свойств ИМ комплекса (ISPT);
— подсистема оптимизации и принятия решений (OPTIM);
— подсистема отображения результатов моделирования (VIZ).
Имитационная модель IM_ATR предназначена для определения макси-
мального потока и его распределения по сети, функционирующей в условиях
случайных воздействий [1]. В ее состав входит набор процедур, реализующих
имитацию по методу Монте-Карло для определения максимального потока с
использованием алгоритма Форда–Фалкерсона, определение интегрального
максимального потока для различных направлений потоков, управление моде-
лированием.
Имитационная модель IM_JST исследует технологический процесс перера-
ботки транзитного вагонопотока на железнодорожной сортировочной станции [2].
Имитационная модель IM_JS предназначена для анализа эффективности ва-
риантов организации перевозочного процесса при условии выполнения установ-
ленного плана формирования составов, реализуемого в условиях случайных воз-
действий [3].
Имитационная модель IM_GTS выполняет исследования эксплутационных
характеристик ГТС общественного транспорта, имеющей вероятностный характер
функционирования.
Имитационные модели IM_JST, IM_JS, IM_GTS реализованы на основе
базовой системы моделирования MICIC4 [4], которая использует библиотеку
программ и широкораспространенный объектно-ориентированный язык про-
граммирования С++. Модели параметризированы и могут использоваться науч-
но-исследовательскими подразделениями транспортных организаций. При мо-
дификации их алгоритма от программиста не требуется изучение нового языка
моделирования, приобретение опыта верификации и отладки программ ИМ. Он
использует привычный полнофункциональный инструмент интегрированной сре-
ды разработки приложений на С++.
Взаимодействие структурных компонентов КИМ осуществляется через об-
щую информационную базу данных комплекса, которая реализована универсаль-
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 123
ными программными средствами. В ней хранятся входные данные, связывающие
геометрическое представление объектов, имеющих пространственную природу, с
таблицей параметров, характеризующих свойства этих объектов.
Простой и понятный интерфейс КИМ ОГС способствует быстрому выполне-
нию расчетов, наглядному отображению полученных результатов и оперативному
реагированию на их содержание. КИМ ОГС обеспечивает не только удобства при
работе с данными, но и их переносимость, информационную совместимость с ра-
ботами по смежной тематике, возможность обмена материалами.
2. Особенности формализации функционирования ГТС
ГТС представляет собой типовой объект любого города, в котором функцио-
нирует общественный транспорт, и предназначена для обслуживания пассажиро-
потоков PASSir, где i — тип пассажира, r — номер остановки, на которой пасса-
жир появился в ГТС и куда он возвратится на протяжении суточного цикла иссле-
дования. Маршруты общественного транспорта и перемещения пассажиропотоков
описываются универсальными структурами, которые можно представить в виде
графов GR1 и GR2 соответственно. Вершинами этих графов служат остановки
транспортных средств OST ir, на которых происходит высадка и посадка пассажи-
ров в транспортные средства TRSRkj , k — номер транспортного средства, движу-
щегося по j-й транспортной линии MLINj ГТС. Ребра графов — участки дорог
между соседними остановками. Они характеризуются длиной участка дороги lmn
и при наличии светофоров могут разделяться на участки движения длиной lsmn
(m, n — номера остановок, s — номер светофора). Следует отметить, что вершины
обоих графов OST ir совпадают и позволяют согласовать во времени и простран-
стве два процесса. Процесс поступления {PASSir} на вход ГТС и их уход из ГТС
согласуется с процессом обслуживания {PASSir} множеством {TRSRkj} во время
нахождения элементов пассажиропотока в ГТС. Структура графов различна.
Множество пассажиропотоков {PASSir} является внешней средой для ГТС и
складывается из множества возможных траекторий транспортного передвижения
пассажиров. В эти траектории входят участки использования на j-х маршрутных
линиях транспортных средств TRSRkj с номерами k. Таким образом, множество
маршрутных линий в совокупности составляет граф GR1, а множество траекторий
перемещения пассажиров — GR2.
Граф GR1, отбражающий ГТС, имеет иерархическую структуру. Он состоит
из множества маршрутов {MLINj}, причем каждая MLINj обслуживается множе-
ством транспортных средств {TRSRk}. Граф GR2, которым представляются траек-
тории пассажиропотоков PASSir, также имеет иерархическую структуру. Места
проживания и работы разделяют граф траекторий GR2 на микрорайоны. Каждому
микрорайону соответствует множество мест поступления пассажиров в ГТС, ко-
торое совпадает с множеством остановок {OST ir}. Пассажиры, поступающие на
остановку с номером r, разделяются на типы.
Таким образом, ГТС рассматривается как многоуровневый объект графовой
структуры, состоящий из множества маршрутных линий MLINj c двухсторонним
движением, реализуемым парком транспортных средств TRSRkj. По ходу движе-
ния TRSRkj на MLINj встречаются светофоры SVTFjк, регулирующие очередность
пересечения TRSRkj перекрестков сети дорог.
На MLINj расположены три типа остановочных станций OSTir: конечные,
обычные и пересадочные. На конечных остановках пассажиры либо поступают в
ГТС из мест проживания или работы, либо покидают ГТС, направляясь к месту
проживания или завершения цели поездки. Пересадочные остановки — это место
124 ISSN 0572-2691
пересечения транспортных маршрутов, на которых пассажиры меняют средство
передвижения. Обычные пересадочные остановки представляют собой промежу-
точные станции, не относящиеся к областям мест проживания и работы. Каждая
OST ir имеет порядковый номер r и номер маршрутной линии j. Если OSTir обслу-
живают несколько MLINj, то пассажиры обычно используют тот маршрут, кото-
рый соответствует их траектории движения по ГТС.
ГТС обслуживает пассажиропотоки, обеспечивая перевозку пассажиров по
MLINj. Пассажиры, поступающие на остановку с номером r, разделяются на ти-
пы, для которых характерна своя интенсивность поступления в ГТС и траектория
движения по ГТС. Выделяются следующие типы пассажиров: служащие, рабочие,
студенты и прочие. Обобщенный вариант представления перемещения пассажи-
ропотоков формируется с учетом траектории движения отдельного пассажира
PASSir, которая задается в маршрутной карте движения МКir, где i — тип пасса-
жира, r — номер остановки, на которой пассажир появился в ГТС и куда он воз-
вратится на протяжении суточного цикла исследования. Структура маршрутных
карт зависит от типа маршрутных поездок пассажиров и наличия пересадок.
В ней указывается список номеров обычных станций и станций пересадок пас-
сажира при движении по ГТС от станции посадки до станции назначения. Меж-
ду фазами обслуживания PASSir ГТС предполагается отдых в месте проживания
длительностью ir и пребывание на месте осуществления трудовой деятельности дли-
тельностью wir. В общем случае ir и wir, а также интенсивности поступления
PASSir в ГТС λ ir — случайные величины. Характер движения пассажира в ГТС тоже
случайный. Однако если отбросить редкие несущественные поездки пассажиров
i-го типа, то зачастую можно выделить типовые направления транспортного пере-
движения пассажиров во всей ГТС и представить их с помощью обобщенной мат-
рицы вероятностей траекторий движения от остановки посадки или пересадки
к остановке высадки.
На практике пассажиры ожидают приезда подходящего для передвижения
транспортного средства в очереди. Алгоритм изменения очередей пассажиров на
OSTir типовой: вначале группа пассажиров покидает TRSRkj, а затем из общей
очереди на OSTir поступают те пассажиры, которые ожидали приезда TRSRkj.
В транспортное средство TRSRkj из очереди на OSTir поступает подмножество
пассажиров в количестве, допустимом на момент заполнения TRSRkj.
Транспортные средства TRSRkj имеют свой типовой алгоритм поведения,
в который входят операции: заполнения и освобождения транспортного средства
на остановках; перевозки пассажиров между соседними остановками; реагиро-
вание на разрешающе-запрещающие сигналы светофора. Времена передвижения
TRSRkj по MLINj — случайные величины, зависящие от множества факторов:
расписания движения, ситуации на дороге, количества обслуживаемых пассажи-
ров, сигналов светофоров.
К параметрам ИМ ГТС относятся:
— маршрутные карты МKir движения пассажиров i-го типа по MLINj в су-
точном цикле имитации, которые поступают в ГТС на r-й остановке j-й маршрут-
ной линии, перемещаются до места работы и возвращаются обратно с места рабо-
ты через ГТС к месту проживания;
— характеристики функционирования и передвижения TRSRkj;
— количественные характеристики, определяющие количество маршрутных
линий J, множество остановок Rj на каждой MLINj, количество светофоров SVj на
каждой линии, количество транспортных средств K j.
Все исходные характеристики ИМ ГТС определяются на основе статистиче-
ского анализа результатов мониторинга потока пассажиров за суточный цикл
функционирования реальной ГТС и последующего измерения характеристик ГТС.
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 125
Статистики имитации, на основе которых вычисляются отклики имитацион-
ного моделирования, включают:
— статистики обслуживания пассажиров i-го типа, поступивших в ГТС на
узле OSTir: время обслуживания пассажиров каждого типа, коэффициенты увели-
чения времени обслуживания пассажиров i-го типа из-за их ожиданий в очередях
на OSTir;
— характеристики эффективности работы транспортных средств: заполняе-
мость TRSRkj на интервалах между посадками-высадками пассажиров; длитель-
ности посадки и высадки; интервалы времени движения транспортного средства;
— множество статистик, отображающих качество функционирования всей
ГТС: заполняемость транспортных средств на маршрутных линиях; пропускная
способность линий ГТС.
3. ИМ обслуживания пассажиропотока ГТС
ИМ обслуживания пассажиропотока ГТС, основанная на транзактно-
процессном способе имитации, реализуется набором стандартных процессов, ко-
личество которых изменяется с учетом состава и структуры исследуемой ГТС. В
качестве типовых процессов выделены следующие:
— процессы имитации функционирования TRSRkj, обеспечивающих пере-
движение пассажиров (транзактов сложной структуры, обозначаемых как TRir) от
мест их проживания до мест работы в начале рабочей смены и обратно — от мест
работы до мест проживания в конце рабочей смены;
— процессы-имитаторы функционирования светофоров на маршрутных линиях;
— процессы-имитаторы появления пассажиров TRir в очередях на OSTir;
— процессы-имитаторы алгоритма обслуживания пассажиров на остановках
OSTir;
— процессы-имитаторы завершения обслуживания пассажиров в ГТС.
Множество процессов {PR.TRSRkj} обслуживает транзакты, имитирующие
движение пассажиров по ГТС. Количество имитаторов движения транспортных
средств PR.TRSRkj, ,,1 jKk определяется наличием транспортных средств в ис-
следуемой ГТС.
Множество процессов {SVTFkj} обеспечивает регулирование функциониро-
вания процессов PR.TRSRkj с помощью команд останова и пуска имитаторов
движения транспортных средств. Количество светофоров на MLINj устанавлива-
ется согласно структурной схеме ГТС.
Множество процессов {GENERir} на основании результатов мониторинга
пассажиропотока формирует информационные структуры, в которых находятся:
маршрутная карта движения пассажира по ГТС МKir; рабочие поля реентерабель-
ной копии TRir в базе данных модели; статистика обслуживания TRir в очередях
на OSTir и TRSRkj во время l-й реализации ИМ ГТС. Сформировав МKir, генера-
тор GENERir создает информационную триаду i, r, ir транзакта TRir, в которой
находятся: i — тип транзакта, r — номер остановки начала движения транзакта по
ГТС, ir — адрес информации о реентерабельном сложном транзакте TRir в базе
данных ИМ ГТС. Множество процессов {POGLir} обеспечивает выполнение ал-
горитмов имитации завершения обслуживания транзактов. Количество «генерато-
ров» и «поглотителей» устанавливается согласно количеству остановок ГТС, от-
несенных к типу конечных.
Множество процессов {PR.OSTir} реализует стандартные алгоритмы поста-
новки TRir в очереди ожидания транспортных средств и выбора TRir из этих оче-
редей в моменты прихода на OSTir очередного транспортного средства. Количе-
ство остановок устанавливается согласно структурной схеме ГТС.
126 ISSN 0572-2691
Все описанные множества процессов реализуются в виде реентерабельных
программ, каждая из которых имеет стандартный алгоритм обслуживания транз-
актов TRir, но обладает своей областью информации для хранения очередей в об-
щей базе данных ИМ ГТС.
Имитационное моделирование реализуется набором подмоделей разного
уровня детализации обслуживания пассажиров и взаимодействия компонентов
ИМ ГТС. Рассматриваются четыре уровня представления ГТС в соответствующих
универсальных подмоделях:
— создание и уничтожение суточного пассажиропотока (уровень 1) подмо-
делью поведения пассажира до и после совершения поездки на TRSRkj вдоль
MLINj;
— обслуживание {PASSir} на {MLINj} с помощью TRSRkj (уровень 2) под-
моделью транспортного обслуживания ГТС пассажиропотока;
— имитация функционирования MLINj согласно установленным расписани-
ям (уровень 3) подмоделью организации транспортных маршрутов ГТС;
— обслуживание всей сетью суточного пассажиропотока (уровень 4) подмо-
делью функционирования всего множества {MLINj}.
На уровне 1 динамика поведения PASSir в ГТС представляется с помощью
взаимодействия транзактов i-го типа TRir с процессами, отображающими функ-
ционирование компонентов ГТС. В заголовке TRir указывается: идентификатор
транзакта i, приоритет i обслуживания TRir в очередях ИМ ГТС; адрес «тела»
транзакта i. Кроме заголовка у транзакта имеется информационная часть («те-
ло» транзакта), в которой содержатся адреса: поля параметров транзакта; поля
статистики его обслуживания; программы реализации алгоритмов обслуживания
состояний транзакта; индивидуальный маршрут движения TRir по ИМ ГТС. Та-
ким образом, TRir представляет собой динамический элемент ИМ ГТС, обладаю-
щий собственной траекторией движения по ИМ ГТС, которая задается маршрут-
ной картой МKir, и существующий в ИМ с момента его рождения tapi до момента
уничтожения teli.
Модель пассажира проходит такие стадии: в момент поступления транзакта в
модель на станции с номером r он имеет идентификатор ir и ожидает прихода
своего транспортного средства с номером kj (k — номер транспортного средства
на j-й линии движения транспорта по ГТС). В момент поступления в транспорт-
ное средство с номером kj транзакт присоединяется в конец списка подобных
транзактов, которые в совокупности образуют кортеж транзактов. Кортеж в мо-
мент выхода пассажиров из транспортного средства уничтожается, а транзакты
с номером ir попадают в одну из очередей на остановке их высадки, имитируя
таким образом переход пассажиров на другой маршрут или возвращение домой.
Если данная остановка является пунктом назначения пассажира при его поездке
на работу, то транзакт попадает в очередь к имитатору работы пассажира, где он
и ожидает до момента его возвращения с работы к месту проживания. Далее
транзакт с номером ir возвращается по старому маршруту (благодаря маршрут-
ной карте) в обратном направлении до остановки с номером r. При этом транзакт
присоединяется к составу кортежей транзактов в тех же транспортных средствах,
на которых возвращается пассажир в обратном направлении. Основная характе-
ристика этого уровня моделирования — время обслуживания пассажиров в ГТС.
На уровне 2 процессы обслуживания пассажиров TRSRkj на маршрутных
линиях MLINj представляются взаимодействием множества транзактов {TRir} с
тремя типами процессов: имитаторами поступления пассажиров на остановку
{GENERir}; имитаторами, реализующими алгоритмы обслуживания пассажиров
на остановках {PR.OSTir}; имитаторами обслуживания пассажиров транспортны-
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 127
ми средствами {PR.TRSRkj}. Связь между этими процессами и транзактами осу-
ществляется с помощью очередей двух типов. В первую очередь поступают транз-
акты от имитаторов процессов {PR.TRSRkj} во время операции высадки пассажи-
ров. По завершении этой операции процесс-имитатор PR.TRSRkj во время опера-
ции посадки пассажиров выбирает транзакты из второй очереди. Во вторую
очередь транзакты поступают от имитаторов {GENERir}, соответсвующих запро-
сам на доставку до места работы (отдыха), либо от имитаторов {PR.TRSRkj}, со-
ответствующих запросам на доставку. Как видим, каждая MLINj на OSTir имеет
по две очереди, что означает наличие стольких пар очередей, сколько маршрутов
пересекается на этой станции пересадки. Для оценки качества обслуживания пас-
сажиров на i-й остановке используются коэффициенты Литла [5] потерь времени
в очередях, вычисляемые по формуле
LTq zr tq z lq z, (1)
где tq z — среднее время ожидания пассажиров на r-й остановке в очереди c номе-
ром z. Полученное множество пар {LT1r, LT2r} представляет собой статистику
пребывания пассажиров на всех остановках ГТС, с помощью которой определя-
ются «узкие места» в ГТС и анализируется качество обслуживания пассажиров.
На уровне 3 исследуется функционирование транспортных средств ГТС. Ди-
намика обслуживания пассажиров на этом уровне отображается взаимодействием
процессов-имитаторов с множеством транзактов {TRir}, находящихся в очередях
на остановочных пунктах, и множеством кортежей транзактов {CORTjkr}, форми-
руемых процессами-имитаторами. Под кортежем понимается список TRir, у кото-
рых запланирована высадка на общем k-м остановочном пункте OSTir. Каждому
транспортному средству TRSRkj соответствует множество {CORTjkr}. Работа
имитаторов {PR.TRSRkj} при взаимодействии с имитаторами {PR.OSTir} на этом
уровне заключается в следующем. При имитации процесса высадки пассажиров:
выбирается CORTjkr, в котором находится список TRir, поступающих в очередь 1
(на высадку) на OSTir; модифицируется состав CORTjkr и определяется количест-
во свободных мест в TRSRkj; транзакты, удаленные из кортежа, помещаются в
очередь 2 (на посадку) либо поглощаются; назначается момент активизации по-
садки пассажиров. При имитации процесса посадки пассажиров: выбирается оче-
редной TRir из очереди с номером 2; анализируется «тело» транзакта для опреде-
ления номера остановки, на которой TRir покидает транспортное средство; транз-
акт TRir записывается в соответствующий кортеж CORTjkr; назначается момент
активизации движения. Непосредственно перемещение организуется взаимодей-
ствием имитаторов {PR.TRSRkj} с имитаторами функционирования светофоров
{SVTFjк} последовательностью таких действий: имитируется запуск движения
TRSRkj; рассчитывается момент остановки транспортного средства либо по указа-
телю светофора, либо по массиву указателей станций для движущегося TRSRkj;
реализуется повторный запуск TRSRkj по указателю светофора для дальнейшего
движения к следующей OSTir; контролируется ситуация «прибытие на конечную
остановку» и запускается процесс высадки пассажиров либо процесс-контролер
«выполнение расписания движения TRSRkj». В функции процесса-контролера
«выполнение расписания движения TRSRkj» входит обеспечение функционирова-
ния TRSRkj согласно графику его движения на маршрутной линии MLINj, за ко-
торой закреплено TRSRkj. Процессы-имитаторы {SVTFjк} организуют изменение
очередных значений указателей светофоров с постоянным шагом модельного
времени Δt0. При появлении сигнала запрета движения вырабатывается соответ-
128 ISSN 0572-2691
ствующее значение указателя светофора. Затем по прошествии интервала времени
Δτsv значение указателя меняется на разрешающее движение, на которое затем ре-
агирует имитатор-процесс PR.TRSRjk, и алгоритм имитации движения транспорт-
ного средства продолжается.
На этом уровне с учетом установленного расписания перемещения TRSRkj по
MLINj оценивается качество выполнения расписания (качество обслуживания
пассажиров), которое определяется путем вычисления отклонения времени пере-
мещения фактических транспортных средств TRSRkj от времени, предусмотрен-
ного расписанием, в процентах.
На уровне 4 для каждой MLINj определен свой график движения транспорт-
ных средств и учитывается расписание работы светофоров на этих маршрутных
линиях. Предполагается, что на MLINj расположено Lj светофоров, работающих
по своим расписаниям. Расположение светофоров и остановок на MLINj опреде-
ляется структурной схемой ГТС. Множество MLINj характеризуется: количеством
остановок, количеством светофоров, количеством обслуживающих транспортных
средств. В качестве интегральных статистик функционирования ГТС формируют-
ся графы заполняемости транспортных средств и пропускной способности эле-
ментов ГТС, которые служат характеристиками качества функционирования ГТС
для администрации.
4. Технология эксплуатации имитационной модели ГТС
Несмотря на то что состав и структура реальной ГТС отличаются от варианта
универсальной ИМ ГТС, на этапе эксплуатации ИМ ГТС остается неизменной и
используются лишь возможности параметризации ее компонентов. Это обстоя-
тельство позволяет руководству ГТС обойтись без программирования новой ИМ
ГТС, используя параметризированность компонентов ИМ ГТС путем задания ис-
ходной информации для имитации. Возможны два пути имитации пассажиропо-
тока в ГТС: сконструировать пассажиропотоки на основе экспертных данных о
функционировании компонентов ГТС или провести мониторинг реального пасса-
жиропотока.
Технология эксплуатации универсальной ИМ ГТС реализуется следующими
этапами.
Этап 1. «Запитка» варианта ИМ ГТС. С помощью информации, собранной
при мониторинге прототипа {PASSri} и хранящейся в базе данных ИМ ГТС, фор-
мируется множество инвариантов вероятностного поведения пассажиропотока на
входе ИМ ГТС. В итоге формируется исходная информация для алгоритмов про-
цессов GENERir. Эта информация позволяет процессам GENERir с интенсивно-
стью λir формировать очередной TRir, в «теле» которого находится маршрутная
карта его движения по ИМ ГТС от остановки поступления в ИМ ГТС до останов-
ки назначения и затем в обратном порядке, имитируя возврат к месту прожива-
ния, где TRir уничтожается процессом GENERir. Для базового варианта ИМ ГТС
задается начальный состав процессов в соответствии с количеством транспортных
единиц, светофоров, остановок. По этой информации формируется структура ИБД
варианта ИМ ГТС (количество процессов и генераторов транзактов сложной
структуры). После этого формируются параметры состава и структуры ГТС,
определяющие конкретный вариант ИМ исследуемой ГТС, в частности задание
числа и параметров функций распределений вероятностных характеристик процес-
сов и генераторов, состав {MLINj}, состав транспортных единиц {TRSRjk}, состав
остановок на транспортных линиях. В итоге формируется конкретный вариант
ИМ ГТС с «запитанной» начальной структурой параметров процессов в соответ-
ствии с планом имитационного эксперимента.
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 129
Этап 2. Испытание и верификация варианта ИМ ГТС. На этом этапе вы-
бирается наиболее насыщенная маршрутная линия и проводится имитация ее
функционирования со сбором дополнительной статистики имитации процессов и
генераторов TRir для целей окончательной верификации. Проводится сравнение
средних значений статистик имитации ГТС с расчетными значениями, получен-
ными для постоянных значений переменных имитации. При их совпадении с до-
пустимой точностью можно считать завершенной верификацию этой маршрутной
линии ИМ ГТС. После этого проводится имитация вероятностных взаимодей-
ствий компонентов ИМ ГТС и сравниваются усредненные отклики варианта ИМ
ГТС со средними расчетными значениями времени функционирования компонен-
тов ГТС. При их совпадении с допустимой точностью можно считать завершен-
ной верификацию ИМ программами ИМ при вероятностном характере взаимо-
действия компонентов ГТС.
Для завершения верификации определяются технологические характеристи-
ки варианта программы ИМ ГТС. Такими характеристиками являются: точность
имитации, наличие устойчивости имитации, длина переходного периода имита-
ции. Все эти проверки проводятся последовательно одна за другой с помощью
подсистемы ISPT испытания и исследования свойств ИМ КИМ ОГС. Точность
имитации εи в процентах показывает ту долю ошибки, которая появляется вследс-
твие использования генераторов формирования псевдослучайных чисел и вероят-
ностного характера формирования жребиев, согласно методу статистических ис-
пытаний. Длина переходного периода имитации Ttps равна максимальному време-
ни достижения в ИМ ГТС установившегося состояния. В дальнейшем только с
этого момента времени в ИМ ГТС начинается сбор информации. Определение
устойчивости имитации означает проверку того, что в течение достаточно про-
должительного времени имитации в ИМ ГТС не начнут сказываться те эффекты
редких событий, которые не были учтены в алгоритме имитации и которые при-
водят к тому, что амплитуды изменения откликов модели растут при увеличении
времени имитации. Наконец, для оценки чувствительности откликов имитации к
изменениям параметров ИМ ГТС с помощью стандартной процедуры, реализо-
ванной в подсистеме ISPT, осуществляется отбраковка тех откликов, приращение
которых при изменении всех параметров ИМ меньше точности имитации εs. Про-
ранжировав все отклики, по величине коэффициента чувствительности δh опреде-
ляют список тех откликов ИМ ГТС, у которых δh > εs. Влиянием остальных от-
кликов для данного варианта ИМ ГТС можно пренебречь.
Этап 3. Проверка адекватности ИМ ГТС. Этап реализуется стандартными
процедурами подсистемы ISPT и включает: во-первых, оценку близости инте-
гральной структуры маршрутных карт {PASSri} той информации, которая полу-
чена в ходе мониторинга; во-вторых, сравнивается статистическая близость мат-
риц перехода PASSri с одной MLINj1 на другую MLINj2; в-третьих, сравниваются
статистики пребывания TRir в состояниях имитации работы и отдыха пассажиров
в ИМ с результатами, полученными при мониторинге ГТС. Далее оценивается
адекватность коэффициентов использования процессов значениям статистик за-
грузки реальных TRSRjk на j-х маршрутных линиях ГТС. Наконец, проверяется
адекватность интегральных откликов ИМ ГТС результатам сбора соответствую-
щей статистики мониторинга реальной ГТС.
Этап 4. Исследование динамики функционирования ГТС. Этап предпола-
гает решение типовых задач исследования динамики обслуживания пассажиропо-
токов ГТС: оценки пропускной способности ГТС для выбранной комбинации пара-
метров; оценки загрузки компонентов ГТС; определение «узких мест» в ГТС; ис-
следование эффективности технологии процесса перевозки пассажиров в ГТС.
130 ISSN 0572-2691
Методики решения этих задач, состав откликов и статистик имитации стандарти-
зирован. Унифицирована форма представления результатов моделирования и
отображение их в виде графиков с использованием процедур подсистемы отобра-
жения результатов моделирования VIZ комплекса КИМ ОГС. В основу методики
решения задачи определения «узких мест» в ГТС положено представление про-
цессов ИМ ГТС парой статистик: интегральных коэффициентов использования
процессов jk и нормированных значений коэффициентов Литла ,L
jkT характе-
ризующих использование очередей транзактов к этим процессам. При малых зна-
чениях (η jk; )L
jkT считаем, что процесс jk находится в области недогрузки, а при
больших значениях обоих компонентов пары (η jk; )L
jkT процессы находятся в
области перегрузки и являются «узким местом». Решение задачи сравнения вари-
антов технологии процесса перевозки пассажиров ГТС по эффективности осу-
ществляется с помощью обобщенного показателя эффективности организации
ГТС (W), который вычисляется как взвешенная сумма нормированных значений
откликов имитации. Причем нормирование откликов осуществляется максималь-
ными значениями во всех вариантах, а взвешивание h-х откликов Yh осуществляет-
ся на основе коэффициентов важности данного отклика для исследователя: δh ≤ 0;
,1
1
h
L
h
где L — количество откликов.
Этап 5. Принятие решений по выбору {TRSRkj}. Этап реализуется с ис-
пользованием процедур оптимизации и принятия решений OPTIM комплекса
КИМ ОГС. На этом этапе формируется матрица решений по результатам серии
имитационных экспериментов с помощью ИМ ГТС. Предполагается, что из-за ве-
роятностного характера {PASSri} исследователь имеет дело с ситуацией принятия
решений в условиях неопределенности и риска. Как правило, состояния внешней
среды ИМ ГТС равновероятны. Поэтому в качестве критерия принятия решений
используется критерий Севиджа [5]:
}.max{maxminS hjhj
hjh
WWW (2)
В соответсвии с этим критерием оцениваются возможные потери по h-му ва-
рианту для j-го варианта сочетания параметров внешней среды по сравнению
с наилучшим результатом, а затем по совокупности наихудших результатов вы-
бирается наилучший вариант согласно оценочной функции (2). Далее анализиру-
ется влияние стратегий оптимизации структуры. Рассматриваются пять стратегий
определения WS: пессимистический, оптимистический, усредненного отклика,
нейтралитета, «сожалений» Севиджа. В завершение исследований проводится вы-
бор проектного решения для случая многокритериальной оптимизации состава
транспортных средств {TRSRkj} с помощью ИМ ГТС. Эта неформальная проце-
дура проводится обычно руководством транспортных предприятий ГТС на основе
имитационного моделирования вариантов организации ГТС.
Заключение
Вероятностный характер функционирования ТС, в том числе и городской си-
стемы общественного транспорта, существенно усложняет технологию их про-
ектного моделирования, поэтому использование средств автоматизации в составе
КИМ ОГС позволит существенно ускорить исследования и обеспечит выполнение
Проблемы управления и информатики, 2009, № 2 131
проектирования на различных уровнях при решении следующих задач проектного
моделирования ГТС:
— получение текущих и краткосрочных прогнозных оценок для различных
сценариев трансформации системы общественного транспорта;
— обоснование изменения состава и количества парка транспортных единиц;
— разработка организационно-управленческих технологий и методов регу-
лирования движения общественного транспорта.
I.В. Максiмей, O.I. Сукач, В.M. Галушко
ПРОЕКТНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГIЇ
ОБСЛУГОВУВАННЯ ПАСАЖИРОПОТОКУ
МІСЬКОЮ ТРАНСПОРТНОЮ МЕРЕЖЕЮ
Дано опис універсальної параметризованої імітаційної моделі транспортного
обслуговування пасажиропотоку транспортною мережею міста i технологія її
використання для розв’язання задач експлуатаційної практики.
I.V. Maksimey, E.I. Sukach, V.N. Galushko
DESIGN MODELING OF TECHNOLOGY OF SERVICE
OF THE VOLUME OF FLOW OF PASSENGERS
BY THE CITY TRANSPORT NETWORK
The description of universal parameterized simulator of transport servicing of the
volume of flow of passengers by a city transport network and technology of its use
for the decision of problems of operational practice is given.
1. Максимей И.В., Сукач Е.И., Гируц П.В. Использование имитационного моделирования для
нахождения интегрального максимального потока в транспортной сети региона // Реєстра-
ція, зберігання і обробка даних. — 2008. — 10, № 1. — С. 49–58.
2. О технологии проектирования программной системы моделирования для предметных об-
ластей организации транспортных потоков региона / И.В. Максимей, Е.И. Сукач,
П.В. Гируц, Е.А. Ерофеева // III Международная научная конференция «Сетевые компью-
терные технологии». 17–19 октября 2007 г. Минск, БГУ. — С. 110–115.
3. Имитационное моделирование вероятностных характеристик функционирования желез-
нодорожной сети / И.В. Максимей, Е.И. Сукач, П.В. Гируц, Е.А. Ерофеева // II Научно-
практическая конференция «Математическое и имитационное моделирование систем.
МОДС’2008». 23–27 июня 2008 г. Киев, Институт проблем математических машин и си-
стем НАН Украины. — С. 146–150.
4. Об одной технологии проектного моделирования вероятностных технологических процес-
сов производства / И.В. Максимей, В.Д. Левчук, С.Ф. Маслович, Е.О. Попова, А.М. Пота-
шенко, В.С. Смородин, В.В. Старченко, Г.А. Терещенко // Проблемы управления и инфор-
матики. — 2004. — № 5. — С. 70–81.
5. Задачи и модели исследования операций. Ч. 3. Технология имитации на ЭВМ и принятие
решений : Уч. пособие / И.В. Максимей, В.Д. Левчук, С.П. Жогаль, Г.П. Жогаль. — Го-
мель : БелГУТ, 1999. — 150 с.
Получено 19.09.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-209490 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0572-2691 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:37:03Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Максимей, И.В. Сукач, Е.И. Галушко, В.Н. 2025-11-22T19:22:50Z 2009 Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью / И.В. Максимей, Е.И. Сукач, В.Н. Галушко // Проблемы управления и информатики. — 2009. — № 2. — С. 121-131. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209490 681.3 10.1615/JAutomatInfScien.v41.i4.70 Дано опис універсальної параметризованої імітаційної моделі транспортного обслуговування пасажиропотоку транспортною мережею міста i технологія її використання для розв’язання задач експлуатаційної практики. The description of universal parameterized simulator of transport servicing of the volume of flow of passengers by a city transport network and technology of its use for the decision of problems of operational practice is given. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Экономические и управленческие системы Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью Проектне моделювання технологiї обслуговування пасажиропотоку міською транспортною мережею Design modeling of technology of service of the volume of flow of passengers by the city transport network Article published earlier |
| spellingShingle | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью Максимей, И.В. Сукач, Е.И. Галушко, В.Н. Экономические и управленческие системы |
| title | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| title_alt | Проектне моделювання технологiї обслуговування пасажиропотоку міською транспортною мережею Design modeling of technology of service of the volume of flow of passengers by the city transport network |
| title_full | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| title_fullStr | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| title_full_unstemmed | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| title_short | Проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| title_sort | проектное моделирование технологии обслуживания пассажиропотока городской транспортной сетью |
| topic | Экономические и управленческие системы |
| topic_facet | Экономические и управленческие системы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/209490 |
| work_keys_str_mv | AT maksimeiiv proektnoemodelirovanietehnologiiobsluživaniâpassažiropotokagorodskoitransportnoisetʹû AT sukačei proektnoemodelirovanietehnologiiobsluživaniâpassažiropotokagorodskoitransportnoisetʹû AT galuškovn proektnoemodelirovanietehnologiiobsluživaniâpassažiropotokagorodskoitransportnoisetʹû AT maksimeiiv proektnemodelûvannâtehnologiíobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkoûtransportnoûmerežeû AT sukačei proektnemodelûvannâtehnologiíobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkoûtransportnoûmerežeû AT galuškovn proektnemodelûvannâtehnologiíobslugovuvannâpasažiropotokumísʹkoûtransportnoûmerežeû AT maksimeiiv designmodelingoftechnologyofserviceofthevolumeofflowofpassengersbythecitytransportnetwork AT sukačei designmodelingoftechnologyofserviceofthevolumeofflowofpassengersbythecitytransportnetwork AT galuškovn designmodelingoftechnologyofserviceofthevolumeofflowofpassengersbythecitytransportnetwork |