Оптимизация процесса составления расписания для движения городского общественного транспорта

Введение

Пассажирский транспорт является неотъемлемой частью жизни в современных городских условиях. В работе представлен аналитический обзор различных программных решений, в той или иной степени решающий проблему автоматизации транспорта.

Постановка проблемы

Проблемы автоматизации процессов на транспорте в городских условиях обусловлены по большей части ситуативностью и большим влиянием человеческого фактора. Особую сложность вызывает автоматизация процесса составления расписания движения трамваев, которая обосновывается в работе А.М. Горбачева [2]. Несмотря на это, актуальность и востребованность автоматизированного средства для расчета расписания движения общественного транспорта очень велика.

Цель данной работы: оптимизация процессов по составлению расписания движения трамваев с использованием логистических моделей. Для достижения поставленной цели необходимо решения следующих исследовательских задач:

1. Математическое описание критериев качества меню пользователя;
2. Разработка алгоритмов и программная реализация web-ориентированной информационной системы оценки меню пользователя;
3. Экспериментальная оценка эффективности предлагаемых критериев и алгоритмов.

Обзор программных интеллектуальных транспортных систем

В области интеллектуализации транспортных систем существует множество актуальных областей. Для решения множества проблем и упрощения процессов на транспорте в городах существует ряд программных решений, таких как: PTV Visum, Aimsun, TRANSYT. К сожалению, полноценных программных средств, позволяющих оперативно составлять расписание движения трамваев либо не существует, либо не имеют распространения.

Транспортные модели могут быть двух видов:

• Математические делают упор на законы движения транспорта, представленных в виде формул, систем уравнений;
• Имитационные моделируют поведение отдельных транспортных средств, работу и поведение водителей и светофоров.

Наиболее выгодным вариантом является использование обоих видов моделей во взаимосвязи.

Среди теоретических и практических проблем автоматизированного расчета расписания движения общественного транспорта особое место занимает проблема сбора и систематизации входных данных для подачи их в алгоритм работы системы. В настоящее время существуют метрики для оценки трудоемкости работ, выполненных программистом, ориентированные на анализ программного кода. Тем не менее, решение проблемы оценки трудоемкости и стоимости выполненных работ по составлению расписания информационной системы является актуальной задачей.

Оценка эффективности и трудоемкости процесса составления расписания движения общественного транспорта может быть определена на следующих этапах проектирования:

1. При сборе и использовании входных данных для составления расписания;
2. При расчете основных коэффициентов и составлении каркаса и структуры таблицы расписания;
3. При редактировании черновых вариантов расписания.

Наиболее точную оценку трудоемкости и эффективности автоматизации процесса составления расписания движения общественного транспорта можно выявить, сравнив существующие программные продукты, реализующие эту задачу в той или иной мере, на основе следующих критериев:

• Форма отображения расписания;
• Способ ввода информации о маршрутах;
• Хранение информации о парке подвижного состава;
• Формирование расписания по единицам парка подвижного состава;
• Качество оптимизации маршрута.

Для исследования трудоемкости и эффективности автоматизации процесса составления расписания движения общественного транспорта могут быть использованы следующие программные продукты: VISUM, AIMSUM, TRANSYT, BUS62, РДТТ. Проведем сравнительный анализ данных программных продуктов с точки зрения их применения для решения задачи получения метрик физической схемы базы данных.

В качестве критериев для сравнительного анализа программных продуктов, выберем следующие:

1. A₁ — форма отображения расписания;
2. A₂ — способ ввода информации о маршрутах;
3. A₃ — хранение информации о парке подвижного состава;
4. A₄ — формирование расписания по единицам парка подвижного состава;
5. A₅ — качество оптимизации маршрута.

Для определения весов критериев воспользуемся аналитической иерархической процедурой Саати.

Диаграмма весовых коэффициентов для критериев A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ представлена на рис. 1

Сравнительный анализ программных продуктов для автоматизированного расчета расписания движения общественного транспорта показал, что только два из пяти рассмотренных программных средств имеют значения интегрального показателя качества, превышающего базовое значение. Одна из таких систем — Программно-информационная система автоматизированного расчета расписания движения общественного транспорта (разработка Волжского политехнического института (филиал) ВолгГТУ). Предлагаемая методика экспертной оценки позволяет определить не только направления дальнейшего совершенствования программного продукта, но и количественно оценить его качество с точки зрения уровня реализуемых функций.

Математическое описание алгоритма составления расписания

Для автоматизации составления расписания на ЭВМ вводятся следующие исходные данные:

• {S} — множество контрольных точек (парков, отстойных площадок и конечных станций), между которыми осуществляется движение (географическая информация и дополнительные атрибуты контрольных точек);
• {T} — множество матриц, представляющих время хода по периодам суток между контрольными точками;
• {N} — вектор, в котором содержится распределение подвижного состава по категориям. Категории определяют время работы на линии подвижного состава, количество смен в данном наряде и другие характеристики, относящиеся к режиму труда и отдыха.

Расчет начального интервала:

$I=\frac{Tr+St1+St2}{n}$,

Где I — рекомендуемый интервал; Tr — время пробега по трассе между первой и второй конечными станциями; St1 и St2 — рекомендуемые стоянки на перовой и второй конечных станциях; n — число единиц подвижного транспорта.

Время первого отправления для каждой конечной станции Tst рассчитывают как:

$T_{st}=max(T_{endstj}T_{pist}+RunTime(T_{pist},T_{ij}))$,

Где Tendstj — время начала работы j-й станции; Tpist — время начала работы i-го парка;

RunTime(Tstart, M) — функция прямого отсчета времени пробега от парка до конечно станции, в которой Tstart — время начала отправления, М — соответствующая матрица со значительным физическим и моральным устареванием вагонов и качеством подвижного состава, эксплуатируемого на линии.

В соответствии с результатами сравнительного анализа методом Саати, было выявлено, что основной задачей моделирования системы составления расписания является — визуализация процесса ввода данных. Для решения этой задачи была использована библиотека Gmap, API который был использован для реализации функции составления и редактирования маршрутов.

Проверка системы

Для проверки соответствия функционала системы решению главной задачи, выявленной в ходе исследования, а именно — создание среды для визуального ввода входных параметров, было решено провести экспериментальную оценку интерфейса программы в случае добавления карты для маршрута, как наиболее длительного процесса. Для проведения эксперимента была выбрана бесплатная программа CogTool — программа для прототипирования и оценки затраченного времени на выполнение тех или иных операций в интерфейсе программы.

Ниже представлена структура интерфейса с установленными связями.

В процессе эксперимента был смоделирован процесс составления карты, который включал добавление маршрута, добавления трамвая и добавления водителя. Использовались реальные макеты интерфейса программы и были сымитированы нажатия на все необходимые управляемые элементы программы

После выполнения всех действий программа выдает результат в виде диаграммы, показывающей список действий в зависимости от временной шкалы.

В результате эксперимента, процесс добавления карты в системе занял 2 минуты 47.3 секунд. В реальных условиях, при ручном составлении расписания этот процесс в среднем занимаем 30 минут.

Заключение

Программное средство для автоматизации составления расписания городских трамваев позволит снизить трудовые, финансовые и временные затраты на процесс составления расписания и позволит повысить эффективность перевозок.