Київський інститут залізничного транспорту
Харківської державної академії залізничного транспорту
ТОРОПОВ Борис Іванович
УДК 656.142.211.3
РОЗВИТОК ПАСАЖИРСЬКИХ КОМПЛЕКСІВ
НА ОСНОВІ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ
ФОРМУВАННЯ ПАСАЖИРОПОТОКІВ
05.22.01 – Транспортні системи
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ 2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі “Організація перевезень та управління на залізничному транспорті” Київського інституту залізничного транспорту Харківської державної академії залізничного транспорту Міністерства транспорту України.
Науковий керівник –
професор кафедри “Транспортні системи” Харківського державного автодорожного університету,
доктор технічних наук, професор Нагорний Євген Васильович.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Нєгрєй Віктор Якович,
перший проректор Білоруського державного університету транспорту;
кандидат технічних наук, доцент Савенко Анатолій Семенович,
Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, зав. кафедрою “Управління експлуатаційною роботою”.
Провідна установа
Східноукраїнський національний університет, кафедра “Транспортні технології” Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ.
Захист відбудеться 29.06. 2001 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої Вченої ради К26.820.01 при Київському інституті залізничного транспорту за адресою: 03049, м. Київ, вул.. Лукашевича, 19, конференцзал.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського інституту залізничного транспорту.
Автореферат розісланий 28.05.2001 р.
Вчений секретар
Спеціалізованої вченої ради Карпов М.І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Основною задачею пасажирського транспорту України є своєчасне, якісне і повне задоволення потреб населення в перевезеннях.
Пасажирські перевезення повинні бути доступні, зручні при користуванні, володіти задовільною швидкістю доставки до місця призначення та безпечністю і, що дуже важливо, економічністю.
Серед проблем великих міст і агломерацій в контексті розвитку транспортних систем одне з важливіших місць займає транспортна проблема, яка по мірі зростання міст в умовах ринкових відносин набуває гострий соціальний і макроекономічний характер.
Пасажирські комплекси, як складова частина транспортних систем, повинні розвиватися у строгій відповідності з державною політикою будівництва України як сучасної європейської держави та реалізації практичних дій у відношенні її інтеграції в єдиний європейський ринок і його транспортну систему при збереженні наявних економічних, культурних і соціальних зв'язків з країнами СНД.
Реалізація розвитку пасажирських комплексів на рівні міжнародних стандартів потребує науково обґрунтованого вирішення цілої низки взаємопов'язаних задач: технічних, технологічних, економічних з урахуванням муніципальних, історичних і національних традицій в транспортному ринку.
Виконані на цей час дослідження ґрунтовно розкривали питання, пов'язані з аналізом схем і розміщенням пасажирських і пасажирських технічних станцій в межах транспортних вузлів, ув'язкою пасажирських комплексів з плануванням міст і роботою міських видів транспорту, прогнозування пасажиропотоків. Разом з тим теорія і практика розвитку пасажирських комплексів показує необхідність застосування окремих наукових положень, які базуються на прогнозуванні динаміки, рівня і взаємодії пасажиропотоків, пасажиронаселеності вокзальних комплексів.
Таким чином, вирішення задачі розвитку пасажирських комплексів є складовою частиною наукової проблеми оптимізації структури пасажирських комплексів на основі закономірностей формування пасажиропотоків, направленої на підвищення ефективності пасажирських перевезень, визначених “Концепцією та програмою розвитку залізничного транспорту України”.
Враховуючи сучасні тенденції розвитку пасажирських комплексів, а також недостатнє дослідження цієї проблеми тему дисертації можна кваліфікувати як актуальну і спрямовану на розв'язання важливої науково – технічної задачі.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. По завданню Міністерства транспорту України в Київському інституті залізничного транспорту на кафедрі “Організація перевезень та управління на залізничному транспорті” в рамках програми “Транспорт” була виконана науково-дослідна робота “Розробка наукових пропозицій проектування пасажирських комплексів у великих містах при взаємодії різних видів транспорту” (договір 2М від 15.06 97 р., науковий керівник роботи – Торопов Б.І.). Основні результати дисертації увійшли складовою частиною у науково - дослідну роботу.
Мета та основні задачі дослідження. Об'єктом дослідження є пасажирські комплекси та транспортно – пересадочні вузли. Предметом дослідження – пасажиропотоки та закономірності їх формування. Мета дослідження полягає у виявленні закономірностей формування пасажирських потоків в транспортно – пересадочних вузлах та пасажирських комплексах для визначення їх ефективних шляхів розвитку та функціонування.
Для реалізації поставленої мети здійснена постановка таких задач дослідження:
- обґрунтування та визначення критеріїв, які характеризують пасажиропотоки і визначають закономірність їх формування;
- визначення критеріїв транспортно – соціологічних обстежень та обробки результатів спостереження пасажиропотоків в транспортно – пересадочних вузлах та пасажирських комплексах;
- формалізація “групової поведінки” пасажирів і визначення функцій процесів “зародження” і “поглинання” пасажиропотоків;
- визначення системи критеріїв переміщення пасажирів в системі “вокзал – поїзди”, “вокзал – приміська площа”;
- формалізація процесу моделювання і розробка ітеративної процедури визначення динаміки рівня пасажиропотоків і пасажиронаселеності пасажирських комплексів;
- розробка основних напрямків підвищення ефективності функціонування і розвитку пасажирських комплексів.
Методи дослідження. У процесі виконання дослідження застосовані: аналіз і наукове узагальнення досвіду вітчизняних і закордонних розробок в даній галузі, сучасні методи математичної статистики, теорії імовірності; імітаційне моделювання складних динамічних систем з використанням методу імовірнісного автоматного моделювання.
Наукова новизна одержаних результатів:
- визначені і обґрунтовані критерії, які характеризують закономірність формування потоків пасажирів і використовуються при моделюванні пасажиронаселеності вокзальних комплексів і динаміки пасажиропотоків;
- обгрунтовані необхідні критерії обстеження і обробки натурних спостережень пасажиро потоків в транспортно – пересадочних вузлах;
- здійснено формалізацію “групової поведінки” пасажирів і запропоновані інтегральні функції визначення динаміки процесів “зародження” і “поглинання” груп пасажирів;
- запропоновано процедуру послідовного визначення динаміки рівня пасажиропотоків і пасажиронаселеності вокзального комплексу на основі суміщення (суперпозиції) пасажирських потоків;
- здійснено формалізацію процесу моделювання пасажиропотоків і запропоновано сценарій та алгоритм моделі.
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:
- запропоновані наукові підходи прогнозування пасажиронаселеності вокзальних комплексів і модель взаємодії пасажирських потоків рекомендовані Міністерством транспорту України і Укрзалізницею для використання проектними установами при розробці проектів розвитку і реконструкції вокзальних комплексів, транспортно-пересадочних вузлів і Київським інститутом залізничного транспорту в навчальному процесі;
- організації наукової експертизи пасажирських комплексів рекомендовані Укрзалізницею до використання в практичній діяльності відповідним експертним органам;
- запропоновані методики натурного обстеження та обробки їх результатів при проектуванні транспортно-пересадочних вузлів і визначення інтегральної оцінки якості обслуговування пасажирів використані проектним інститутом Київдіпротранс при розробці проектів реконструкції вокзальних комплексів та транспортно-пересадочних вузлів, (зокрема на ст. Київ-Пасажирський, Святошин) та при розробці техніко-економічного обґрунтування “Організація міських пасажирських перевезень залізничним транспортом в м. Києві”.
Особистий внесок автора. В статтях, які написані у співавторстві, особистий внесок автора наступний:
В статті №1 автором розглянуті основні проблеми сучасного стану функціонування пасажирських комплексів і запропоновані основні шляхи їх розвитку.
В статті №2 здійснено формалізацію “групової поведінки” пасажирів і запропоновані інтегральні функції визначення динаміки процесів “зародження” і “поглинання” груп пасажирів. Запропоновано процедуру послідовного визначення динаміки пасажиропотоків і пасажиронаселеності вокзального комплексу на основі суміщення (суперпозиції) пасажирських потоків.
В статті №5 автором запропоновані основні напрямки підвищення ефективності функціонування і розвитку пасажирських комплексів, підвищення прибутковості та рентабельності пасажирських перевезень.
В статті №6 автором запропонована трьохрівнева система якісних показників при визначенні якості обслуговування пасажирів.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень докладалися на :
- науково-практичних семінарах кафедри Організація перевезень та управління на залізничному транспорті в 1998, 1999, 2000 р. р.;
- міжкафедральному семінарі кафедр “Організація перевезень та управління на залізничному транспорті” і “Реконструкція, експлуатація залізниць і споруд” Київського інституту залізничного транспорту харківської державної академії залізничного транспорту в 2000 р.;
- технічній нараді Київського державного проектно-вишукувального інституту транспортного будівництва Київдіпротранс з питань проектування пасажирських комплексів в 2000 р.;
- Вченій раді Київського інституту залізничного транспорту в 2001 р.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, списку використаних джерел з 90 найменувань та додатків. Повний обсяг становить 141 сторінка машинописного тексту, рисунків –17, таблиць –7.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність напрямку досліджень, сформульовані мета і задача досліджень, положення, що виносяться на захист, відображені її наукова новизна і практична цінність, реалізація роботи на практиці, наведені відомості щодо публікації досліджень.
Перший розділ дисертації присвячений історичному огляду розвитку пасажирських комплексів у великих вузлах і містить у собі:
- аналіз теорії і практики розвитку пасажирських станцій і вокзалів;
- формування комплексного підходу і системних методів дослідження станційних процесів у зв'язку з підвищенням ролі станцій в перевезенні пасажирів;
- аналіз посилення взаємного проникнення пасажирських видів транспорту, структури пасажирського господарства і еволюція норм проектування.
По мірі зростання чисельності і величини адміністративно – промислових центрів і великих міст, посилення їх економічного і політичного значення виникли нові вимоги до розвитку транспортних комунікацій і пасажирських комплексів. Поступово формувалися транспортні вузли, які включали в себе магістральні і міські види транспорту з пасажирськими комплексами і транспортно – пересадочні вузли.
Про складність розвитку великих вузлів свідчать проблеми Київського транспортного вузла. Нагальними є питання, пов'язані з обходом вузла, будівництвом вузлових розв'язок, а також будівництва нової пасажирської станції, реконструкції існуючої з вокзальним комплексом, будівництво транспортно – пересадочних пунктів в місцях взаємодії різних видів транспорту, зокрема, залізничного та метрополітену.
Великий внесок в дослідження питань організації пасажирських перевезень, аналізу схем пасажирських станцій і вокзальних комплексів їх розміщення в межах транспортного вузла, ув'язки пасажирських комплексів з плануванням міст і міським транспортом, проектуванням вокзальних комплексів і привокзальних площ, взаємодії залізничного транспорту з іншими видами, технології роботи вокзалів та інш. зробили відомі вчені: ак. В.Н.Образцов, проф. С.Д. Карейша, Е.А. Гібшман, С.В. Земблінов, В.Д. Нікітін, К.Ю. Скалов, Ф.И. Шаульський, Н.В. Правдін, В.Я Нєгрєй, І.Е. Савченко, П.С. Грунтов, Ф.П. Кочнєв, Н.І. Бещева, Н.А. Вороб'ов, проф. Гордієнко, А.Д. Каретніков, І.Г. Тихомиров, Г.І. Чорномирдик, А.К. Угрюмов, В.Г. Шубко,
Е.В. Архангельський, д.е.н. Персіанов, Е.В., к.т.н. А.П. Артинов, В.А. Федоров, А.Д. Чернюгов, К.М. Добросельський, К.К. Таль, А.М. Якубень та інш.
Виконані раніше дослідження розглядають практично всі аспекти функціонування пасажирських комплексів виходячи з умов планової економіки і монополії залізничного транспорту і незавжди могли в повній мірі врахувати специфіку ринкової, яка в підсумку впливає на функціонування і розвиток пасажирських комплексів, а також прогресивний закордонний досвід останніх років.
Другий розділ присвячений аналізу сучасного стану пасажирських перевезень і функціонування пасажирських комплексів.
Результати загального аналізу діяльності залізниць свідчить про те, що в Європі вони втрачають свою частку практично у всіх секторах транспортного ринку, за винятком приміського і швидкісного руху. Враховуючи відомі переваги (екологічність, економічність, швидкість і т.д.) залізничний транспорт України збереже своє місце лідера в пасажирських перевезеннях. Виконані різними організаціями прогнози попиту на пасажирські перевезення передбачають хоча і повільне, але стабільне його зростання.
Очікуване зростання життєвого рівня населення України і країн СНД приведе до загального збільшення коефіцієнту рухливості населення. Зросте попит на послуги з більш високим рівнем сервісу. Пасажирські комплекси повинні задовольнити зростаючі соціально – побутові вимоги і мати зручні шляхи пересувань пасажирів.
Для України найбільш актуальними перевезеннями (в технічному, технологічному і фінансовому відношеннях) на найближчу перспективу залишаться приміські перевезення, а також прямі і місцеві сполучення.
Приміське сполучення передбачає в значній мірі здійснення пересадки з місцевого на залізничний транспорт і навпаки. Згідно прогнозів відбудеться збільшення середньої дальності приміських сполучень, наблизивши їх до місцевого та міжобласного.
Це, поряд з підвищенням загального рівня вимог до транспортних послуг, приведе до необхідності розвитку транспортно – пересадочних вузлів з урахуванням сучасних умов.
Перевезення являють собою головну рушійну силу, яка визначає географічну структуру міст та їх транспортних систем. Тому проблеми перевезень, в тому числі приміських і в межах міст, слід розглядати виходячи із характерних особливостей кожного конкретного міста.
Загальною метою планування розбудови міської інфраструктури є раціональне розміщення пасажирських комплексів і транспортно – пересадочних вузлів в загальній схемі розвитку транспортних систем.
Адміністрації залізниць розвинутих країн приділяють велику увагу якості обслуговування пасажирів з метою залучення їх на залізничний транспорт. Найбільш чітко це проявляється у великих містах і агломераціях, де пасажирські комплекси – традиційні вузлові пункти концентрації пасажиропотоків, які мають суттєві зміни за рахунок включення в їх структуру додаткових об'єктів соціального, культурного і комерційного значення.
Чітко простежується тенденція перетворення пасажирських комплексів у своєрідні транспортно – торгівельні, культурні і громадські центри, які в значній мірі визначають вигляд міста.
Наукове обґрунтування питань функціонування і розвитку пасажирських комплексів повинно здійснюватися у відповідності з державною політикою будівництва України як сучасної європейської держави з інтеграцією в єдиний європейський ринок і його транспортну структуру.
Врахування минулого досвіду і сучасних досягнень за весь період функціонування пасажирських комплексів служить основою для визначення нових технологічних рішень їх розвитку.
В третьому розділі розглянуті основи взаємодії об'єктів пасажирських комплексів в транспортних вузлах, визначені і обгрунтовані критерії, які характеризують закономірність формування пасажиропотоків.
У великих вузлах біля 90% прибуваючих у місто залізничним транспортом пасажирів пересідає на міський транспорт. Перехід потоків пасажирів з одного виду транспорту на інший у транспортно – пересадочних вузлах (ТПВ) супроводжується значними втратами часу. Для комплексного врахування транспортно – планувальних, соціальних та інших факторів при розвитку пасажирських комплексів і ТПВ виникає необхідність в проведенні досліджень щодо вивчення їх функціонування та формування в них пасажирських потоків.
В основу досліджень формування пасажиропотоків закладається наукова гіпотеза, згідно з якою в пересадочних вузлах потоки пасажирів формуються із одиночних переміщень, які переростають в масові, а тому повинні підкорятися законам теорії імовірності і математичної статистики.
В якості параметрів, що досліджуються, може виступати потужність пересадочного пасажироптоку, як в цілому по вузлу (N), так і між окремими видами транспорту, які взаємодіють у вузлі (Nij). Даний параметр оцінюється кількістю пасажирів, які пересідають і розподіляються за видами транспорту в одиницю часу (чол., %).
Для оцінки транспортно – планувальної структури вузла, в рамках якої здійснюється рух пасажирів, необхідно оцінити доступність вузла, тобто час на підхід або під'їзд (tП,Т), який визначає межі вузла і зони його впливу.
Зарубіжний досвід функціонування транспортно – пересадочних вузлів показує, що багатофункціональні громадсько – транспортні комплекси формуються на базі великих комунікаційних вузлів. Інтеграція різних функцій вимагає виявлення закономірностей цільових переміщень населення. Для цього необхідно дослідити розподіл пасажиропотоку у вузлі по цілях переміщень, визначити його потужність в різних функціональних зонах (Ni) та його зміни в часі, залежність від інших умов.
Основними параметрами, які досліджуються, є швидкість–V; інтенсивність–q,
щільність – Д, час переміщення – t.
Виявлення закономірностей формування пасажирських потоків у вузлах взаємодії різних видів транспорту вимагає значної кількості обстежень. Найбільш доцільно при проведенні досліджень скористатися вибірковим методом як більш ефективним (на відміну від загального), який дозволяє дослідити основну (представницьку) частину генеральної сукупності пасажиропотоків.
Метою обробки отриманих даних є визначення теоретичних кривих, які найбільш близько описували б дані результатів експериментальних досліджень.
Основний процес, який відбувається в ТПВ – це переміщення пасажирів, пов'язані з пересадкою, відвідуванням об'єктів різного функціонального призначення в зоні вузла. Параметри швидкості, щільності і часу пішохідних переміщень в межах пересадочного вузла і залежність цих параметрів одне від одного та інших факторів, можуть бути використані при розробці проектів розвитку ТПВ.
Відносні частоти і вирівнюючі теоретичні криві для характеристик людських потоків приведено на рис. 1, (А – значення щільності потоку, Б – значення швидкості руху потоку).
Розподіл величини щільності пішохідного потоку дозволяє встановити значення найбільш ймовірної щільності переміщення потоків по тих чи інших пішохідних комунікаціях і в
подальшому використовується при розрахунках необхідної пропускної спроможності і дозволяє визначити найбільш придатне значення швидкості пересадочних потоків, яке використовується для визначення радіусу зони пішохідної доступності вузлів пересадки.
Для нормування і визначення пропускної спроможності дільниць пішохідної мережі важливі залежності між параметрами руху пішохідного потоку: швидкості і щільності V = f (Д);
Інтенсивності і щільності q = f (Д). На рис. 2 наведено залежність інтенсивності руху пересадочних потоків від щільності.
В ТПВ особливе значення набуває створення сприятливих умов для переходу людей в зоні пересадки з мінімальними затратами часу. На рис. 3 наведена залежність часу пішохідних переходів в ТПВ від протяжності пересадочного шляху і видів пересадки.
Виявлені закономірності на основі досліджень вибіркової сукупності пасажирів дозволяють визначити пропускну спроможність окремих елементів ТПВ (тротуари, пандуси, сходи, ескалатори, розподільчі площадки) та їх розміри; встановити кількість і протяжність пересадочних сполучень, визначити ті з них, які не задовольняють умовам швидкості і безпечності пересадки.
Транспортно – пересадочні вузли пасажирських комплексів розглядаються не як автономні, незалежні об'єкти, а як комплекс, який в значній мірі визначає формування і життєдіяльності оточуючого міського середовища.
В четвертому розділі здійснено дослідження прогнозування динаміки і рівня пасажиропотоків і пасажиронаселеності вокзальних комплексів та процесів взаємодії пасажирських потоків.
Невизначеність і висока інтенсивність попиту і географії пасажирських перевезень об'єктивно затрудняє прогнозування і вирішення задач збалансованого розвитку транспортних систем. Окрім того чітко спостерігається тенденція перетворення вокзальних комплексів у своєрідні транспортно – торгівельні, культурні і громадські центри. Однак розширення функцій не в якій мірі не знижує роль і значення їх основної задачі – забезпечення безпечного і зручного переміщення пасажирів. В цих умовах першочергове значення набувають питання прогнозування комплексного розвитку транспортної системи.
Сучасна пасажирська станція і вокзальний комплекс відносяться до складних систем масового обслуговування (СМО). Система, яка досліджується, структурно може бути представлена у вигляді функціонально взаємодіючих підсистем:
- багатоканальної підсистеми обслуговування (прийом / відправлення) пасажирських поїздів (ПС – 1);
- підсистеми обслуговування пасажирів – вокзал (ПС – 2).
Кожна із підсистем, в свою чергу, є складовою СМО. Подальшою задачею дослідження є “реконструювання” динаміки методом моделювання і інтегрального аналізу основних функціональних процесів, характерних для СМО, яка розглядається.
Предметом подальшого дослідження є задачі:
- інтегрального моделювання “зовнішніх” пасажиропотоків в контексті “місто « вокзал”;
- локального моделювання динаміки “внутрішніх” пасажиропотоків в контексті “вокзал « поїзди”.
Враховуючи складність отримання первісної інформації щодо пасажиропотоків, побудову прототипу динамічної моделі пасажиропотоків, пропонується здійснити на основі баз даних, які підтримують в структурі АРМ інженера – аналізатора графіка виконаного пасажирського руху.
Наступним важливим атрибутом процесу, який моделюється, є пасажиронаселеність поїздів, які відправляються з пасажирської станції . Статистичні дані щодо пасажиронаселеності можуть бути отримані із комп'ютерної системи “Експрес –УЗ).
В процесі моделювання важлива роль належить специфічній компоненті – моделям “групової” поведінки пасажирів. Інтегральні функції динаміки процесів “зародження” і “поглинання” груп пасажирів визначені для елементарних потоків FП і FВ, які відправляються або прибувають поїздом, з припущенням їх однакової поведінки. Модель “зародження” має вигляд
(1)
Припускається, що на елементарному інтервалі процес прибуття пасажирів є лінійним. Якщо пасажиромісткість поїзду j умовно прийняти за 1, то aі – питома вага ?пасажирів, які прибувають на вокзал на момент початку “активізації” процесу, - вхідний потік на елементарному інтервалі (i-1, 1).
По аналогії визначена і модель вибуття пасажирів з вокзалу, яка є антиподом прибуття, тому що описує зворотній процес – процес “поглинання” пасажирів містом.
Присутні в моделі потоки зустрічаючих та проводжаючих по інтенсивності значно поступаються елементарним потокам FП і FВ. З відповідних міркувань інтенсивність цих потоків виражається в частках від a? елементарних потоків, а також прийнята робоча гіпотеза, згідно якої частка проводжаючих і зустрічаючих мають рівномірний розподіл від 0,05 до 0,1 інтенсивності елементарного потоку F, який прибув поїздом.
Прийнята концепція допускає можливість моделювання процесів очікування, які викликані “зривами” графіка відправлення / прибуття поїздів. На рис. 4 криві ajc та авс відображають динаміку пасажиронаселеності на інтервалі (J, J+k) за умов нормативного і виконаного графіку руху пасажирських поїздів. Площа фігури aвcj, утворена цими кривими відповідає втратам трудоресурсів на інтервалі (J, J+k) і за відповідних умов може служити основою для визначення штрафних виплат за зриви графіку руху поїздів.
b П a c j Інтервал зриву ГРП I* (I*+k) t(хв.) Рис. 4. Графік динаміки рівня пасажиронаселеності і можливих втрат часу пасажирів внаслідок зривів графіка руху поїздів.
Методологія моделювання передбачає процедуру послідовного визначення динаміки рівня пасажиропотоків та пасажиронаселності і базується на використанні ідей класифікаційного аналізу і евристичних прийомів суміщення потоків. Розбив добовий період на відповідні інтервали і прийнявши lі, mі, u відповідно вхідний “елементарний” потік пасажирів на і –й період, вихідний “елементарний” потік і середня населеність за той самий період, отримаємо балансове рівняння динаміки потоку
(2)
Загальна схема процесу моделювання включає наступні основні етапи:
1) генерування часу прибуття / відправлення наступного поїзда , де trq - графіковий час прибуття поїзда r; d - згенероване значення часу запізнення поїзда;
2) визначення динамічної множини “активних” інтервалів;
3) визначення динаміки рівня пасажиронаселеності вокзалу згідно балансовому рівнянню.
Для аналізу переміщень пасажирських потоків простір вокзалу, ТПВ (включаючи платформи, конкорси, сходи, проходи і т.д.) представляються у вигляді дискретної системи прямокутних зон (клітин), які не схрещуються. В залежності від їхнього розташування множина зон розбивається на декілька підмножин для кожної із якої специфікуються умови пішохідного переміщення. Після цього функціональна задача моделювання зводиться до імітування присутності пасажирів в зонах шляхом побудови оцінки їх щільності в кожній зоні і процес переміщення із зони в зону.
Для забезпечення достатньої адекватності моделі вся множина пасажирів розбивається на дві підгрупи: (1) – пасажири приміського сполучення і (2) – інших, які характеризуються різними показниками середньої швидкості руху.
Швидкість руху кожної групи визначається характеристиками групи і інтенсивністю пасажиропотоків в суміжних клітинах.
Складність і стохастичний характер руху пасажиропотоків зумовили при виборі математичного методу дослідження системи “вокзал – пасажиропотоки” використання імітаційного моделювання. В даному випадку описання структури і правил функціонування систем зручно здійснити за допомогою вірогіднісно – автоматної моделі.
Формалізована схема моделювання пасажиропотоків складається із двох підсистем: статичної – інфраструктури (площі вокзалу, ТПВ та інших об'єктів) і динамічної – пасажиропотоків. Вся площина вокзалу (або інших об'єктів, які досліджуються) представляється у вигляді умовної структури із Jґj прямокутних клітинок. Прийняті припущення дозволяють уявити пасажиропотоки як системи динамічних елементарних пасажиропотоків на декартовому добутку клітин Jґj. Крім того, по площі вокзалу (або іншого об'єкту, що досліджується) розміщені необхідні об'єкти інфраструктури, тобто є різні зони, які недоступні пасажирам. В моделі їм відповідають “заборонені” клітини (зони), що в модельній реалізації задається рівнянням . Додатково введено поняття системи пріоритетів слідування елементарних потоків пасажирів через клітини (i, j) в різних напрямках. Система пріоритетів (р, q) визначається конструктивно на основі логіки раціональних переміщень та компоновки входів / виходів. Прийняті пріоритети будуть в визначати в цілому рух потоків по об'єкту, який досліджується.
У випадку, коли клітина (ij) “відкрита”, то в модельній реалізації їй відповідає рівняння , а коли рух пасажирів неможливий з клітини ij в напрямку пріоритету, вводимо двоічну перемінну , яка може приймати значення 1 або 0. Значення 1 приймається у випадку неможливості виходу згідно пріоритету Р з всього потоку, який надійшов до клітини (ij) в момент t згідно пріоритету q, 0 – в протилежному випадку
= 1, якщо 0, в протилежному випадку (3)
де - частка пасажирів від всього потоку, який надійшов до клітини (ij) згідно пріоритету q і який бажає вийти згідно пріоритету р.
Індикатор простою пасажирів в клітині (i, j) стан “кризи” на момент t визначається
lij j(t)= 1, якщо aij =Aij 0, в протилежному випадку (4)
де lij (t) – потік, бажаючих вийти із клітини ij в момент t ;
aij – простій за одиничний інтервал (t-1, t) “кризового” простою клітини (ij).
Наведено логічні висловлювання, які охоплюють всі можливі ситуації і загалом являються тотожно дійсними висловлюваннями
- збільшення часу моделювання; (5)
- усереднена кількість простоїв; (6)
- усереднений простій; (7)
- сумарний усереднений простій (8)
Усереднені величини можуть розглядатися як критерії оптимізації.
Нехай момент (t-1) є початковим моментом моделювання. На цей момент задачі вектори початкового стану і , які відображають ступінь наповнення клітинок і потоки бажаючих вийти з них згідно прийнятої системи пріоритетів. Далі послідовно визначаються індикатори реалізації потоків входження в клітину (i, j) з різних сторін і оцінки принципової можливості виходу на момент t із клітини (i, j) в різні сторони - . Таким чином, визначається значення стану клітин на момент t з урахуванням вектора початкового стану на момент (t-1).
Величина потоку, який вийшов з клітини (i, j) в момент t визначається як min значень змінних: потоку бажаючих вийти в момент (t-1) в клітину (i,j+1) і резерву її місткості в момент t
(9)
Вхідний потік до клітини визначається як min значення змінних: суми випадкового надходження від поїздів і потоку (залишку), який не увійшов до вокзалу з моменту t-1; і місткості клітини відповідного рівня на момент t
(10)
Обчислення мають циклічний характер. Перший (внутрішній цикл, призначений визначити стан кожної клітини (i, j), в момент t. Другий (зовнішній цикл) визначає їх стан на протязі модельного часу T(t).
В п'ятому розділі розглянуті підходи організації наукової експертизи проектів розвитку пасажирських комплексів. Експертиза повинна здійснюватися з урахуванням принципів базової демократії, тобто безпосередньої участі населення в процесі оцінки доцільності планів і проектів розвитку пасажирських комплексів. Досвід застосування принципів базової демократії в розвинутих країнах показує, що матеріальні витрати на її проведення компенсуються підвищенням якості і ефективності проектів, а також їх економічністю і соціальною значимістю.
Розглянуті питання підвищення якості обслуговування пасажирів. Для оцінки окремих елементів якості обслуговування пасажирів при маркетингових дослідженнях пропонується трьохрівнева система якісних показників. В якості першого рівня виступає інтегральний показник якості обслуговування R. До другого рівня віднесені вісім груп показників, які характеризують обслуговування пасажирів при перевезенні. Третій рівень складають показники, які характеризують послуги, що надаються пасажиру.
Результуючий показник оцінки якості перевезнь пасажирів запропоновано визначати на основі взаємозв'язку узагальнених показників якості по ступеню впливу на нього по формулі
(11)
де R – інтегральний показник якості;
- узагальнений показник якості;
k – коефіцієнти, які враховують вплив відповідної групи узагальнених показників на загальний показник якості, i – група показників.
У додатках приведені результати обробки статистичних спостережень і довідки.
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ
Розбудова незалежної України передбачає її інтеграцію в європейську спільноту і міжна -
родну транспорту систему. Пасажирські комплекси, як складові транспортної системи, повинні розвиватися на рівні міжнародних стандартів, що потребує науково обгрунтованого вирішення цілої низки взаємопов'язаних задач: технічних, технологічних, економічних.
Оптимальний розвиток пасажирських комплексів може бути здійснений на основі застосування сучасних наукових положень, які визначають закономірності формування пасажиропотоків. На сьогодні відсутні наукові дослідження , які б враховували специфіку ринкової економіки і прогресивний досвід розвинених країн в плані розвитку пасажирських комплексів і транспортно – пересадочних вузлів з застосуванням сучасних технологій моделювання пасажиропотоків.
Виходячи з сучасних концепцій розвитку пасажирських комплексів і відсутності відповідних наукових досліджень можна вважати виконані дослідження актуальними, які направлені на розв'язання важливої науково – технічної задачі.
На основі проведених у дисертаційній роботі досліджень можна зробити такі висновки:
1. Інтеграція різних функцій в рамках пасажирських комплексів та транспортно – пересадочних вузлах вимагає виявлення закономірностей цільових переміщень пасажирів. Основними параметрами пасажиропотоку, що досліджуються є швидкість, інтенсивність, щільність, час переміщення. Потоки пасажирів формуються із одиночних переміщень, які переростають в масові і підкоряються законам теорії імовірності і математичної статистики.
2. Проведений аналіз експериментальних досліджень пасажиропотоків показує, що теоретичні криві для характеристик людських потоків (значення щільності і швидкості руху) визначаються нормальним законом розподілу.
3. Виявлені залежності інтенсивності і швидкості руху пересадочних потоків від щільності; швидкості від площі, яка припадає на одного пасажира; щільності потоку пасажирів і пропускної спроможності одного метра ширини пішохідної комунікації в залежності від площі, яка припадає на одного пасажира в процесі руху. Виявлені закономірності величин, які характеризують функціонування ТПВ. Вид і характер вхідного потоку (потоку прибуваючих пасажирів) описується нормальним законом розподілу інтервалів прибуття найбільш потужного виду транспорту та його населеністю.
Виявлені закономірності дозволяють визначити пропускну спроможність окремих елементів ТПВ та їх розміри, встановити кількість і протяжність пересадочних сполучень, визначити ті , які не задовольняють умовам швидкості і безпечності пересадки.
4. Задача визначення динаміки і рівня пасажиронаселеності вокзальних комплексів повинна бути декомпозована на дві складові, функціонально взаємопов'язані підзадачі: моделювання динаміки “зовнішніх” пасажиропотоків (в контексті місто – вокзал); моделювання динаміки і взаємодії “внутрішніх” пасажиропотоків на площах вокзального комплексу або транспортно – пересадочного вузла.
5. В процесі формування пасажиропотоків важлива роль належить специфічній компоненті – моделям “групової” поведінки пасажирів. Інтегральниі функції динаміки процесів “зародження” і “поглинання” визначаються для елементарних потоків, з припущенням їх єдиноподібної поведінки. Припускається, що на елементарному інтервалі процес прибуття /відправлення пасажирів є лінійним.
6. Для аналізу переміщень людських мас простір досліджуємого об'єкту (воклал, ТПВ, конкорс, східці платформи і т.д.) слід представити у вигляді дискретної системи прямокутних зон, які неперетинаються, через які здійснюється рух.
7. Основні положення і результати дисертаційної роботи рекомендовані Міністерством транспорту і Укрзалізницею для використання відповідними експертними органами при експертизі проектів розвитку пасажирських комплексів і впроваджені проектно – вишукувальним інститутом Київдіпротранс в проекті розвитку пасажирської станції Київ – Пасажирський та транспортно – пересадочних вузлів м. Києва - в результаті застосування методики визначення інтегральної оцінки якості обслуговування пасажирів вдалося вдосконалити проектні рішення, що дозволило підвищити рівень обслуговування в середньому на 15-20%. Визначення пасажиронаселеності вокзальних комплексів і модель взаємодії пасажирських потоків впроваджено в навчальний процес Київським інститутом залізничного транспорту.
8. Розвиток пасажирських комплексів і транспортно – пересадочних вузлів в сучасних умовах повинен здійснюватися з безумовним використанням закономірностей формування пасажиропотоків. Прогнозування динаміки і рівня пасажиронаселеності вокзальних комплексів і моделювання пасажирпопотоків дозволяють прийняти раціональні інженерні планувальні рішення, завчасно оцінити їх наслідки. Що підвищить ефектвність функціонування вокзальних комплексві.
Основний зміст дисертації опубліковано в наступних роботах:
1. Нагорный Е.В., Торопов Б.И. Проблемы современного состояния функционирования пассажирских комплексов в крупных центрах Украины и пути их решения. //Межвуз. сб. научн. тр. –Вып. 33.-Харьков: Хар.ГАЖТ, 1998.-С.93-97.
2. Торопов Б.И., Мирошниченко В.М. О концепции и методах моделирования пассажиропотоков на крупной станции //Зб. наук. пр. – Вип.2 – Київ: КІТ, 1998 – С. 61-70.
3. Торопов Б.И. Обследования и натурные наблюдения при проектировании транспортных пересадочных узлов // Залізничний транспорт України. – 2000.-№4. –С.12-14.
4. Торопов Б.И. О совершенствовании методики обследования транспортно-пересадочных узлов // Залізничний транспорт України. – 2001. - №1. – С.18-20.
5. Василишин В.Ф., Торопов Б.И. Повышение прибыли и уровня рентабельности пассажирских перевозок на сети железных дорог Украины.//Сб. наук. пр. – Вип.2. – Київ: КІТ, 1998. – С.3-7.
6. Василишин В.Ф., Торопов Б.И. Интегральная оценка качества транспортного обслуживания пассажиров //Межвуз. сб. научн. тр. – Вып. 38. – Харьков: ХарГАЖТ, 1999.–
С.46-50.
7. Торопов Б.И. Проблеми организации научной эспертизы проектов пассажирских комплексов в Украине // Сб. наук. пр. – Вип.2. – Київ: КІТ, 1998,
С.3-7.
АНОТАЦІЯ
Торопов Борис Іванович. Розвиток пасажирських комплексів на основі закономірностей формування пасажиропотоків. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.01 – “Транспортні системи”, Київський інститут залізничного транспорту, Київ, 2001.
До захисту представлена робота, що містить дослідження, присвячені закономірностям формування пасажиропотоків в транспортно - пересадочних вузлах та пасажирських комплексах .
Виявлені закономірності формування пасажиропотоків і величини, які зумовлюють характер функціонування транспортно – пересадочних вузлів та пішохідних комунікацій пасажирських комплексів і визначають їх параметри.
Розглянуі питання моделювання динаміки пасажиропотоків вокзального комплексу на основі нормативного і виконаного графіку руху пасажирських поїздів і моделі групової поведінки пасажирів. Приведена імітаційна модель взаємодії пасажирських потоків в транспортно – пересадочних вузлах і пасажирських комплексах. Дана класифікація моделей задач в даній галузі досліджень.
Запропонована процедура наукової експертизи проектів розвитку вокзальних комплексів та трьохрівнева система оцінки якості обслуговування пасажирів.
Ключові слова: вокзальний комплекс, транспортно – пересадочні вузли, пасажиропотоки, взаємодія потоків, математична модель, наукова експертиза, якість обслуговування.
АННОТАЦИЯ
Торопов Борис Иванович. Развитие пассажирских комплексов на основе закономерностей формирования пассажиропотоков. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01 – «Транспортные системы», Киевский институт железнодорожного транспорта,
Киев, 2001.
К защите представлена робота, включающая исследования, посвященные закономерностям формирования пассажиропотоков в транспортно – пересадочных узлах и пассажирских комплексах.
Выявлены закономерности формирования пассажиропотоков и вероятностные величины, которые обуславливают характер функционирования транспортно – пересадочных узлов на пешеходных коммуникациях пассажирских комплексов и определяют их параметры.
Рассмотрены вопросы моделирования уровня и динамики пассажиропотоков вокзального комплекса на основе моделей группового поведения пассажиров. Приведена имитационная модель взаимодействия пассажирских потоков в транспортно – пересадочных узлах и пассажирских комплексах. Дана классификация моделей и задач в данной области исследований.
Предложена процедура научной экспертизы проектов вокзальных комплексов и трехуровневая система оценки качества обслуживания пассажиров.
Ключевые слова: вокзальный комплекс, транспортно – пересадочные узлы, пассажиропотоки, взаимодействие потоков, математическая модель, научная экспертиза, качество обслуживания.
ANNOTATION
Boris Toropov Development of Passenger Complexes on the Basis of Regularities of Forming Passenger Flows
Thesis for awarding scientific degree of Candidate of Engineering Sciences, specialіty 05.22.01 – Transport Systems. Kyiv Railway Transport Institute, Kyiv, 2001
The suggested thesis deals with regularities of forming passenger flows at transport transfer junctions and passenger complexes.
Results of made transport and sociological studies of transport transfer junctions, methods of two phase treatment of selected totality of passenger flows, and laws of forming passenger flows as well as their parameters are given. Relationship of probable values describing passenger flows and determining parameters of pedestrian communications of transport transfer junctions and passenger complexes are revealed. The calculation of pedestrian communications (concourses, platforms, stairs, passages, etc.) taking into account regularities of forming passenger flows and relationships obtained is given.
Matters of simulating the level and dynamics of passenger flows of the railway terminal of a large modern city are considered. The simulation is suggested on the basis of using databases of standard and working traffic schedules of passenger trains and model of passenger group behaviour. The approach to determine non-planned losses of labour and financial resources due to breaking train traffic schedule is suggested. Analysis of foreign development research in this field is given.
The automated imitation simulation model to study and estimate the functioning of complex probable systems of serving passenger flows at transport transfer junctions and passenger complexes, using the method of probable and automated simulation is proposed. The classification of simulation models and examples of tasks in the field of applied simulation research is given.
Implementation of simulation gives an opportunity to determine optimal system parameters: sizes of terminal's spaces (concourses, platforms, etc.), layouts and width of entrances/ exits to minimize delay of passengers at the terminal.
The task for optimizing (correcting) the traffic schedule of passenger trains, parameters, and layouts of entrances/ exits to minimize the passenger delay can be put forward for existing terminal complexes.
Procedure of scientific expertise of projects on developing passenger complexes and three-level system of passenger service quality estimation are suggested.
Modern concepts of developing passenger complexes and the state of scientific development determine the made research as an actual one intended to solve the important scientific and engineering task and to increase the efficiency of passenger complexes functioning.
Key words: terminal complex, transport transfer junctions, passenger flows, interaction of flows, mathematic simulation model, scientific expertise, quality of passenger service.
ТОРОПОВ Борис Іванович
РОЗВИТОК ПАСАЖИРСЬКИХ КОМПЛЕКСІВ НА ОСНОВІ
ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ФОРМУВАННЯ ПАСАЖИРОПТОКІВ
Спеціальность 05.22.01 – Транспортні системи
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Підписано до друку 24.05.01 р. Формат паперу А5,папір для тиражувальних апаратів, друк на ризографі. Замовлення №.... , тираж 100
Надруковано видавничо – друкарським комплексом інституту залізничного транспорту
03049, м. Київ, 49, вул. Миколи Лукашевича, 19
