УДК. 656.021 

Основы моделирование транспортных систем

Basics modeling transport systems 

Тохиров Тохиржон Исломжонович, старший преподаватель, Политехнический институт Таджикского технического университета имени академика М. С. Осими, Таджикистан, 735700, г. Худжанд, E-mail: tohirov.82@mail.ru

Tokhirov Tokhirjon Islomzhonovich, Senior Lecturer, Polytechnic Institute of the Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi, Tajikistan, 735700, Khujand, E-mail: tohirov.82@mail.ru 

Аннотация. В статье рассматривается автомобильный транспорт с позиций системного подхода, представлены основные элементы данной системы и их взаимодействие. Предложены основные направления для анализа этих систем, через математические модели, описана цель проектирования транспортных систем, ее роль в более сложном процессе принятия решений.

Транспортные системы состоят не только из физических и организационных элементов которые взаимодействуют друг с другом для создания транспортных возможностей, а также спрос, который использует такие возможности для перевозок пассажиров и грузов из точки А в точку В. Этот спрос на поездки, в свою очередь, является результатом взаимодействия между различными агентами экономической и социальной деятельности, расположенных в данном регионе. Математические моделирование транспортных систем представляют, для реальной или гипотетической транспортной системы потоки спроса, функционирование физических и организационных элементов, взаимодействие между ними и их влияние на внешний мир. Математические модели и методы, используемые при их применении в реальных, крупномасштабных системах таким образом, фундаментальные инструменты для оценки и разработки действий, влияющих на физические элементы и организационные компоненты транспортных систем. В этом исследовании рассматривается математические модели, которые используются для анализа транспортных систем, представляя их как результат ограниченного числа общих предположений. В нем также рассматриваются методы, необходимые для работы этих моделей, и их применение в разработке и оценке проектов устойчивого развития автотранспортной системы региона. Эта область знаний известна как проектирование транспортных систем. 

Summary. The article considers road transport from the perspective of a systematic approach, presents the main elements of this system and their interaction. The main directions for the analysis of these systems through mathematical models are proposed, the purpose of the design of transport systems, its role in a more complex decision-making process is described.

Transport systems consist not only of physical and organizational elements that interact with each other to create transport opportunities, but also demand, which uses such opportunities to transport passengers and goods from point A to point B. This demand for trips, in turn, is the result of interaction between various agents of economic and social activities located in the region. Mathematical modeling of transport systems represent, for a real or hypothetical transport system, demand flows, the functioning of physical and organizational elements, the interaction between them and their impact on the outside world. Mathematical models and methods used in their application in real, large-scale systems are thus fundamental tools for evaluating and developing actions that affect the physical elements and organizational components of transport systems. This study considers mathematical models that are used to analyze transport systems, presenting them as the result of a limited number of general assumptions. It also discusses the methods necessary for the operation of these models, and their application in the development and evaluation of projects for sustainable development of the region’s motor transport system. This area of expertise is known as the design of transport systems.

Ключевые слова: моделирование, автомобильный транспорт, транспортная система, системный анализ, транспортные услуги.

Keywords: modeling, automobile transport, transport system, system analysis, transport services.

Транспортная система может быть определена как набор элементов взаимодействующих между собой, которые создают как спрос на поездки в данном регионе, так и предоставление транспортных услуг для удовлетворения этого спроса. Почти все компоненты социально-экономической системы определенной географической территории между собой взаимодействуют на определенном уровне, с определенной интенсивностью.

Общий подход системного анализа состоит в том чтобы изолировать элементы наиболее относящиеся к рассматриваемой проблеме, и сгруппировать эти элементы для последующего анализа, данная группировка определяется как внутренняя среда функционирования автомобильного транспорта. Остальные элементы определяются как внешняя среда, они учитываются только с точки зрения их взаимодействия с автомобильном транспортом. В целом, анализ системы включает в себя все элементы взаимодействия, на которые может повлиять рассматриваемое действие, это является сильной взаимозависимостью между идентификацией системы, анализ данной системы должна решать проблемы функционирование (взаимодействия).

Автомобильный транспорт определенного региона, можно рассматривать как подсистему более крупной территориальной системы (транспортная система страны), с которой он тесно взаимодействует, детали конкретной проблемы определяют степень, в которой эти взаимодействия включаются либо в внутреннюю среду, либо во внешнюю среду. Данное утверждение рассмотрим на примере, определенной модели, компоненты которой состоит из, города с жилыми зданиями, производственными объектами, общественными объектами предоставляющие разные услуги, транспортных организаций, государственных организаций, правил и т.д. Эта система имеет иерархическую структуру и внутри него можно выделить несколько подсистем. Одна из подсистем — система деятельности — представляет собой совокупность индивидов, социальные и экономические модели поведения и взаимодействия, которые вызывают спрос на поездки.  Описать географическое распределение функций системы деятельности, городской территории как правило, подразделяются на географические единицы, называемые зонами. Система деятельности может быть далее разбита на несколько подсистем, состоящие из:

• транспортной системы;
• домохозяйств, проживающие в каждой зоне, классифицируются по таким факторам, как уровень дохода, жизненный цикл, состав и т.п.;
• экономической деятельности, расположенная в каждой зоне, классифицируется по экономическим показателям (например, сектор деятельности; добавленная стоимость; количество работников)
• система недвижимости, характеризующаяся площадью, доступной в каждой зоне для различного назначения (промышленное производство, офисы, строительные площадки и т. д.) и связанные с ними рыночные цены [1].

Различные компоненты системы взаимодействуют по-разному, число и типы домохозяйств, проживающих в различных зонах, зависят отчасти о возможностях трудоустройства и их распределении, и, следовательно, зависят от подсистемы мобильной активности. Кроме того, расположение некоторых видов экономической деятельность (розничная торговля, социальные услуги, такие как образование и социальное обеспечение и т. д.) зависит от географическое распределение домохозяйств. Наконец, количество домохозяйств и интенсивность хозяйственной деятельности в каждой зоне зависит от наличия конкретных видов торговых площадей (дома, магазины и т. д.) и их относительных цен. Детальный анализ механизмов, лежащих в основе функционирования каждой подсистемы, выходит за рамки охвата данного исследования. Однако следует отметить, что относительная доступность различных зон чрезвычайно важны для многих из этих механизмов.

Другая подсистема — транспортная система — состоит из двух основных компонентов спрос и предложение. Спрос на поездки обусловлен необходимостью доступа к городским функциям и услугам в разных местах и определяется распределением домашних хозяйств и видов деятельности в данной зоне. Субъекты домохозяйств делают долгосрочный «выбор мобильности» (общественный транспорт, собственный транспорт и т. д.) и краткосрочные «варианты путешествия» (частота поездок, время, пункт назначения, режим, путь следования, и т. д.) и использование транспортной сети и что они могут заниматься различными видами деятельности (работа, учеба, шоппинг и т. д.) в разных местах. Эти выборы приводят к потокам спроса на поездки, то есть к поездкам, совершаемыми людьми между разными зонами города, для разных целей, в разные периоды суток, с помощью различных доступных видов транспорта.

Исходя из выше указанного в основе экономической деятельность требуется транспортировка грузов (товаров), которые потребляются другими видами деятельности или домашними хозяйствами. Грузы перемещаются между производителями (заводами, фабриками, производственными цехами и т.д.) повторно между промежуточными складами и домохозяйств или другими участками и до конечного потребления. Их движения делают спрос на грузовые перевозки и соответствующие потоки [2].

Как и на мобильность, так и на выбор поездки влияют характеристики транспортных услуг и их проектирования, предлагаемые доступными видами транспорта (например, личный транспорт, транзит, прогулка). Эти характеристики известны как уровень обслуживания или производительности состоящих из определенных атрибутов: они включают в себя время в пути, денежные затраты, надежность обслуживания, функционирование погрузочно-разгрузочных пунктов и т.п.

Компонент транспортного обеспечения состоит из объектов (дороги, гаражи, стоянки, склады и т. д.), услуг, правил а также цен, которые создают возможности для перевозок. Транспортировка из одного места в другое часто включает в себя последовательное использование нескольких компонентов [3].

Транспортные средства, как правило, имеют ограниченную вместимость (грузоподъёмность), то есть максимальное количество единиц, которые могут использовать их в данный интервал времени. Транспортные средства в большинстве случаев создают заторы, то есть количество их пользователей в единицу времени влияет на их производительность. Когда поток приближается к пропускной способности данного объекта (например, участок дороги), взаимодействия между пользователями значительно увеличиваются и эффекты заторов может стать важным. Заторы на объекте могут существенно повлиять на уровень услуги, полученные ее пользователями, например, время в пути, задержка обслуживания и топливо потребление все увеличивается с уровнем заторов.

Наконец, производительность транспортной системы влияет на относительную экономическую привлекательность различных зон города путем определения для каждой зоны общей себестоимости транспортных услуг, зоны с развитой транспортной системы (активная доступность) или с менее развитой транспортной системы (пассивная доступность). Как уже было отмечено, оба эти типы доступности влияют на местоположение домохозяйств и экономическую активность, связи и в конечном итоге на рынке недвижимости. Например, при выборе места жительства зоны, домохозяйства учитывают активный доступ к рабочему месту и доступ другим услугам социально-экономического характера (торговля, образование и т. д.), а так же общественные услуги должны располагаться так, чтобы их пользователи могли получить пассивный доступ и т. д.

В городской транспортной системе можно выделить несколько циклов обратной связи. Это циклы взаимозависимости между различными элементами и подсистемами. Внутренний цикл, который включает в себя наименьшее количество элементов и который обычно показывает самое короткое время реакции на возмущения, является взаимодействие между потоками объекта, производительность из-за заторов и транспорта, затраты, особенно связанные с автомобильным транспортом. Поездки, совершенные определенным режиме, выбрать из доступных путей и использовать элементы транспортной сети. Из-за заторов эти потоки влияют на уровень обслуживания на разных путях и, таким образом, влияют на пользователя при выбор пути следования. Существуют также внешние циклы, которые влияют на измерения с несколькими вариантами выбора и это включает изменения, происходящие в течение более длительных периодов времени. Эти циклы влияют на разделение поездок по альтернативным способам и распределение этих поездок среди возможных направлений [4].

Наконец, есть циклы, охватывающие еще большее временной промежуток, в которых взаимодействие между выбором места деятельности и спросом на поездки является определяющим. Опять же, из-за перегруженности спрос на поездки влияет на доступность различных районов города и, следовательно, выбор местоположения домохозяйств и производств.

Из вышесказанного ясно, что автомобильный транспорт является сложной системой, что это система, состоящая из нескольких элементов с нелинейными взаимодействиями и несколькими циклами обратной связи. Кроме того, неотъемлемая непредсказуемость многих признаков системы, такая как время, необходимое для прохождения участка дороги или конкретный выбор сделанный пользователем, может потребовать, чтобы состояние системы было представлено случайными величинами.

Идентификация транспортной системы — это определение элементов системы, их иерархическую структуру и степеней взаимодействия элементов между собой и с внешней средой.  Идентификация включает в себя следующие шаги:

• определение соответствующих пространственных измерений;
• определение соответствующих временных измерений;
• определение соответствующих компонентов спроса на поездки.

Идентификация системы не может быть сведена к применение набора жестких правил, скорее, это требует применения профессионального опыта, который приобретается путем сочетания опыта с глубокими знаниями методов проектирования транспортных систем.

Идентификация соответствующих пространственных измерений состоит из трех этапов:

• определение области исследования;
• зонирование;
• идентификация базовой сети.

Эти три этапа обязательно предшествуют созданию любой модели транспортной системы, потому они определяют пространственную протяженность системы и ее уровень пространственной агрегации.

Определение области исследования, этот этап определяет географическую зону, которая включает в себя транспортную систему, анализируется и охватывает большинство эффектов проекта.  Аналитик должен рассмотреть контекст принятия решения и тип соответствующих поездок: поездка на работу, досуг и т. д. У большинства поездок должно быть свое происхождение и пункт назначения внутри определенного района. Точно так же область исследования должна включать транспортные средства и услуги, которые могут быть затронуты перевозками. В качестве одного примера, область исследования для новой схемы перевозок должна включать возможные альтернативные дороги для изменения маршрута.

Предел области исследования, за этой границей находится внешняя среда, которая через его связи взаимодействует с системой, например, исследуемый район может быть целой страной, если проект транспортировки находится на национальном уровне, альтернативно, это может быть конкретная городская зона или часть городской зоны для перевозок.

 Зонирование. Чтобы смоделировать систему, необходимо подразделить область исследования в несколько дискретных географических единиц так называемые зоны анализа перевозок. Поездки между двумя различными зонами движения известные как межзональные поездки, тогда как внутри зональные поездки начинаются и заканчиваются внутри одной и той же зоны. В большинстве моделей транспортной системы все поездки, которые начинаются или заканчиваются внутри зоны, повторяются, как если бы их конечные точки были в одном фиктивном узле, называемом зоной. Зонирование может иметь разные уровни детализации, то есть более крупные или мелкие зоны, например, зоны движения могут состоять из целых городов или групп городов в региональном или национальном уровне, или несколько блоков в модели городского движения. Для данной модели плотность зонирования должна приблизительно соответствовать плотности соответствующих сетевых элементов, более плотный набор сетевых элементов, способствует более тонкому зонированию и наоборот, например, если городская система включает в себя общественный транспорт, обычно считается зоной движения, чем для системы, включающей только отдельные автомобили. Это позволяет дать доступ к транзитным остановкам и станциям, которые будут реально представлены с точки зрения расстояние от центральной зоны. Внешняя зона обычно подразделяется на более крупные зоны движения. Внешние зоны представляют поездки, которые используют транспортную систему района, но начинаются или заканчиваются внутре самого района. Внешние зоны также представлены зональными центрами иногда называют станциями. Для данной области исследования и проблемы анализа может быть несколько зон системы.

Идентификация базовой сети. Идентификация соответствующих элементов, очевидно, легче, когда все услуги и средства играют роль в соединении зон движения, как, например, для национальной сети воздушных трасс. В случае дорожных сетей только подмножество дорог имеет значение при соединении различных зон. В городских районах, например, местные дороги обычно исключаются из базовой сети всей области, хотя они могут быть включенными в основные сети пространственной ограниченностью подсистем. Точно так же, когда речь идет о целом регионе, большинство дорог в пределах каждого города не будет включен в базовую сеть.

Транспортная система функционирует и развивается с течением времени, с характеристики спроса и предложения на поездки варьируются в зависимости от времени. Например, количество поездок в городской местности и частота транзитных перевозок меняются во времени суток, по дням недели и т. д. Хотя пространство всегда было признано фундаментальным аспектом транспортных систем, временные особенности часто упускается из виду. Тем не менее, определение соответствующего анализа временные интервалы, а также предположения об изменчивости системы в этих интервалах являются важными модельными решениями. Основные предположения, связанные с временными измерениями конкретного исследования включая следующее:

• определение временного горизонта анализа и предположений относительно долгосрочных тенденции в экзогенных переменных;
• выбор базисных периодов для учета изменений спроса на поездки;
• допущения об изменчивости параметров системы в каждой выбранной период;
• процедуры для определения общих системных атрибутов путем объединения полученных результатов, от моделирования и анализа каждого отчетного периода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баламирзоев Р. А. Математическое моделирование процессов регулирования движения транспортных потоков в мегаполисах, 2011. 168 с.
2. Козлов П. А. Системные исследования – новый подход, 2014. С. 46-50.
3. Моделирование транспортных систем и процессов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.prom-terra.ru/articles/280-modelirovanie-transportnyh-sistem-i-protsessov.html/ (дата обращения: 02.12.2019).
4. Тохиров Т.И. Принципиальное положение автотранспортной системы региона в условиях рыночной экономики (Таджикистан). Финансовый бизнес. 2017. № 1 (186). С. 61-66.
5. Тохиров Т.И. Повышение конкурентоспособности региона за счет развития транспортной инфраструктуры на примере Республики Таджикистан. Вестник Поволжского государственного университета сервиса. Серия: Экономика. 2018. № 2 (52). С. 44-50.