Современные подходы к моделированию городского пассажирского общественного транспорта

На наш взгляд, прогресс транспортной науки выражается в применении не только достижений современной математики, но и физики, гидродинамики, философии, социологии, макроэкономики и других наук. Современная философия утверждает, что в математическом моделировании выражается тенденция к интеграции научного знания, в частности, в естественных и общественно-гуманитарных дисциплинах. Преемственность в науке помогает не открывать заново «америк», используя наработки в одних ее областях для решения похожих проблем в других. Так, Т.М. Гатауллин справедливо отмечает, что в нынешнем столетии в научных исследованиях транспорта появились темы, не мыслимые в СССР, например, маркетинг и логистика.

Давно известно, что иногда одни и те же количественные взаимосвязи обнаруживаются у разных физических объектов или процессов. Известна наибольшая эффективность использования математических моделей для аналогового моделирования и применимость такой модели для явления или процесса независимо от их природы. Целесообразность применения метода аналогий в транспорте неоднократно подтверждена. К примеру, применением физических гравитационных моделей межрайонных корреспонденций. Кроме того, визуализация современного программного обеспечения, дружественный к пользователю интерфейс (MS Excel, Fraction, MathCad, TransNet и др.) привлекает внимание транспортных руководителей и специалистов к серьезным научным журналам и к моделированию.

Превышение концентрации индивидуальных автомобилей над пропускной способностью УДС приводит к появлению транспортных заторов. При постоянных чередованиях «движение-остановка» любой инцидент может привести к срыву потока. А.Н. Котов выделяет три основные группы способов моделирования пробок, позаимствованные из физики: макромоделирование, мезомоделирование и микромоделирование.

Макромодели по законам гидродинамики, аналогично жидкости в трубе, рассматривают граф ТС в целом. Трафик автомобилей описывается системами дифференциальных уравнений в частных производных, записанными относительно плотности потока автомобилей или их средней скорости.

В микромоделях дифференциальное уравнение решается относительно отдельного автомобиля.

Мезомодели определяют вероятность местонахождения автомобиля, движущегося со скоростью V во время t в точке x, как функцию от указанных параметров, вычисляемую по интегро-дифференциальным уравнениям, подобным уравнению Больцмана. Точность результатов почти такая же, как и при микромоделировании, но поведение водителя и динамика движения автомобиля упрощаются, что дает возможность проще и быстрее моделировать большее пространство с автомобилями. Известны модели нерегулируемого и регулируемого перекрестков; движения транспортных и пешеходных потоков на перекрестках и подходах к ним; развязки с круговым движением и др. В моделях выявлены пределы и механизмы оптимальности.

В рамках одной модели невозможно решить задачу оптимизации функционирования системы ГПОТ с точки зрения всех заинтересованных в перевозочном процессе сторон, видов транспорта, маршрутов, моделей подвижного состава и др. Системный подход к организации планирования и управления требует совмещения разрозненных частных моделей в общей концепции, позволяющей видеть всю систему связей между элементами системы. Поэтому общую задачу разбивают на несколько локальных, входящих в состав совокупности. Каждую из них рассматривают с точки зрения влияния на критерии функционирования системы в целом. Недостатки данного подхода: невозможность решения проблем, которые в настоящее время математически не формализованы и отказ от анализа и улучшения организационных структур.

При проектировании и развитии транспортных систем последовательно применяют модели генерирования поездок, корреспонденций, распределения по видам транспорта и по маршрутам. Последние модели не учитывают конкуренцию между различными операторами рынка транспортных услуг.

Демонополизация ГПОТ, усложнив структуру транспортных систем, послужила предпосылкой возникновения логистического подхода в ее описании. Он продолжает традиции системного. Системность применительно к логистике обозначает следующее:

· все участники процесса (поставщики, производители, потребители) рассматриваются частями одной системы, а процесс – комплексной проблемой;

· связи между участниками организованы;

· получен внеотраслевой синергетический эффект.

Тенденции развития зарубежного и российского транспорта показывают необходимость развития логистики как способа решения проблем транспортного обслуживания экономики и управления. Выделяют два подхода в определении логистики: 1) функциональный, к управлению всеми физическими потоками в дотранспортном, транспортном и послетранспортном обслуживании пассажиров и 2) системный, включающий предыдущий подход и анализ рынка транспортных услуг, координацию спроса и предложения. Транспортная логистика решает задачи:

· выбора вида транспорта и типа подвижного состава;

· совместное планирование транспортных процессов на различных видах транспорта при смешанных перевозках;

· определение рациональных маршрутов;

· определение транспортных затрат, прибыли и т.п.

Системный подход предписывает в качестве начальных выбирать простые модели и постепенно их усложнять, добиваясь приемлемой адекватности реальной системе. Первоначальные модели часто строят при помощи объектно-ориентированного моделирования. Окончательные объединены в совокупность многокритериальных моделей, учитывающих интересы пассажиров, перевозчиков и государства. Первые стремятся минимизировать затраты времени и денег на проезд. Вторые пытаются максимизировать потоки денежных средств. Третье призвано обеспечить безопасность, экологичность и равную доступность всех категорий пассажиров и операторов к рынку ГПОТ, минимизировать расходы бюджета.

Ключевую роль в этой триединой логистической системе отводится государству в лице городского исполнительного комитета. Как организатор и координатор городских регулярных пассажирских перевозок на маршрутах ГПОТ, он должен добиваться цели максимальной эффективности всей этой логистической системы и предотвращения дестабилизирующих факторов, которые ставят под угрозу ее состояние.