Распределение корреспонденций по сети в задачах проектирования перевозок городским пассажирским транспортом общего пользования

Введение. Процесс планирования общественного транспорта подразделяется на ряд задач стратегического, тактического и оперативного уровней, к которым относятся разработка системы маршрутов, установление интенсивности движения по маршрутам, проектирование структуры парка подвижного состава, распределение имеющегося парка подвижного состава по маршрутам, определение требуемого объема субсидирования и др.
Материалы и методы. В статье дана многокритериальная математическая модель проектирования перевозок, на основании которой приведенные выше задачи решаются путем распределения (ограниченных или неограниченных) транспортных ресурсов между допустимыми маршрутами транспортной сети в соответствии с множеством критериев эффективности, на которые могут быть наложены данные ограничения. Формирование допустимых маршрутов на транспортной сети может быть осуществлено посредством алгоритмов, разработанных в рамках решения задач TNDP и TNDFSP. Маршруты также могут быть откорректированы экспертами. В статье показано, что при решении задач проектирования перевозок транспортный спрос следует описывать матрицей пассажирских корреспонденций, сформированной за все время движения транспорта в будний день, с целью учета всех пассажирских потоков по маршрутной сети, а не только периодов наибольшей интенсивности перевозок. Расчет параметров транспортного предложения осуществляется по результатам распределения пассажирских корреспонденций по маршрутной сети (PAP), что является сложной нерешенной до настоящего времени проблемой. В статье изложена разработанная методика PAP, основанная на гибкой стратегии пассажира, учитывающей время ожидания транспорта, непрямолинейность маршрута, предпочтения видов транспорта, возможное перераспределение пассажирских потоков между остановочными пунктами сети, расположенными в пределах пешеходной доступности. Непрямолинейность поездок оценивается посредством полученной эмпирической модели деления спроса по длине поездок.
Результаты. Сформулированы задачи проектирования перевозок общественным транспортом, разработана многокритериальная математическая модель их решения. Изложена методика распределения пассажирских потоков по маршрутной сети, основанная на гибкой стратегии пассажира. Практическая реализация описанной методики PAP осуществлена посредством специально разработанного программного обеспечения с использованием реляционной системы управления базами данных (СУБД).
Обсуждение и заключение. Эффективность разработанной методики PAP показана на тестовых расчетах, которые осуществлены с использованием пассажирских корреспонденций, среднего буднего дня октября месяца 2019 года, полученных посредством обработки валидаций электронных проездных билетов городского пассажирского транспорта г. Красноярска.

1. Ceder A. Bus network design / A. Ceder, N. H. M. Wilson // Transp. Res. Part B: Methodol. 1986. Vol. 20, Iss. 4. P. 331-344. URL: DOI: 10.1016/0191-2615(86)90047-0.

2. Durán-Micco, J. A survey on the transit network design and frequency setting problem / J. Durán-Micco, P. Vansteenwegen // Public Transport. 2022. Vol. 14, Iss. 1. P. 155-190. URL: DOI: 10.1007/s12469-021-00284-y.

3. Guihaire V. Transit network design and scheduling: A global review / V. Guihaire, J-K. Hao // Transp. Res. Part A: Policy Pract. 2008. Vol. 42, Iss. 10. P. 1251–1273. URL: DOI: 10.1016/j.tra.2008.03.011.

4. Desaulniers G. Public transit / G. Desaulniers, M. Hickman // Hand-books in Operation Research and Management Science: Transportation. 2007. Vol. 14. P. 69–120.

5. Transit Capacity and Quality of Service Manual // TCRP Web Docu-ment 6 (Project A-15) Contractor’s Final Report, 1999. P. 62.

6. Van Nes R. Design of multimodal transport networks, a hierarchical approach / R. Van Nes // TRAIL Thesis Series T2002/5, DUP, Delft Universi-ty, the Netherlands, 2002.

7. A review of urban transportation network design problems / R. Z. Farahani, E. Miandoabchi, W. Y. Szeto, H. Rashidi // European Journal of Operational Research. 2013. Vol. 229, Iss. 2. P. 81-302. URL: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2013.01.001.

8. López-Ramos F. Integrating network design and frequency setting in public transportation networks: a survey / F. López-Ramos // SORT. 2014. Vol. 38, Iss. 2. P. 181–214.

9. Liu Y. Transit users’ route-choice modelling in transit assignment: a review / Y. Liu, J. Bunker, L. Ferreira // Transp. Rev. 2010. Vol. 30. P. 753–769. URL: DOI: 10.1080/01441641003744261.

10. Modelling public transport route choice, with multiple access and egress modes / T. Brands, E. de Romph, T. Veitch, J. Cook // Transport Res Proc. 2014. Vol. 1. P. 12–23 (моделирование мультимодальной сети).

11. Самойлов Д. С. Принципы построения и координации маршрутов городского пассажирского транспорта. М.: ОНТИ АКХ им. К. Д. Памфилова, 1981. 74 с.

12. Бурлуцкий А. А. Анализ опыта формирования оптимальных маршрутных схем городского пассажирского транспорта // Вестник ТГАСУ. 2013. № 2. С. 371–380.

13. Мартынова Ю. А. Анализ опыта проектирования рациональных маршрутных сетей городского пассажирского транспорта // Интернет-журнал «Науковедение». 2014. № 2 (21). С. 1–10.

14. Мочалин С. М., Колебер Ю. А. Перспективы развития методов оптимизации маршрутных сетей городского пассажирского транспорта // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16, № 3. С. 241–255. URL: DOI: 10.26518/2071-7296-2019-3-241-255.

15. Бронштейн Л. А., Ларионов В. С., Нелидов И. А. Организация движения городского пассажирского транспорта // Труды НИИАТ Моссовета. М. Л.: Изд-во НККХ РСФСР, 1940. 252 с.

16. Яворский В. В., Баймульдин М. К., Аксенов С. Ш. Модель анализа обслуживания и проектирования сети маршрутов городского пассажирского транспорта // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 2. Ч. 2. С. 208–213.

17. Jánošíková, Ľ. Design of urban public transport lines as a multiple criteria optimisation problem / Ľ. Jánošíková, M. Blatoň, D. Teichmann // WIT Transactions on The Built Environment. WITPress, 2010. Vol. 111. URL: DOI: 10.2495/UT100131.

18. Хрущев М. В. Методы общей и локальной маршрутизации автобусного транспорта в городах: монография. М.: ГУУ, 1999. 168 с.

19. A traffic analysis zone definition: a new methodology and algorithm / L. M. Martinez, J. M. Viegas, E. A. Silva // Transportation. 2009. Vol. 36. P. 581–599.

20. Murray A. T. A coverage model for improving public transit system accessibility and expanding access / A. T. Murray // Annals of Operations Research. 2003. Vol. 123. Р. 143–156.

21. Яценко С. А. Анализ методик расчета потребности автобусов для городских маршрутов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 5. C. 196–202.

22. Highway Capacity Manual 2000. Transportation Research Board, National Research Council. Washington, D. C., USA, 2000. 1134 p.

23. A multi-objective optimization and hybrid heuristic approach for ur-ban bus route network design / C. Wang, Z. Ye, W. Wang // IEEE Access. 2020. Vol. 8. Р. 12154-12167. URL: DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2966008.

24. Designing a large-scale public transport network using agent-based microsimulation / P. Manser, H. Becker, S. Hörl, K. W. Axhausen // Transp Res Part A: Policy. 2020. Pract. 137. Р. 1–15. URL: DOI: 10.1016/j.tra.2020.04.011.

25. A particle swarm optimization algorithm for the solution of the transit network design problem / E. Cipriani, G. Fusco, S. M. Patella, M. Pet-relli // Smart Cities. 2020. Vol. 3, Iss. 2. P. 541–555.

26. Optimising bus routes with fixed terminal nodes: comparing hyper-heuristics with NSGAII on realistic transportation networks / L. Ahmed, P. Heyken-Soares, C. Mumford, Y. Mao // In: Proceedings of the genetic and evo-lutionary computation conference / Association for computing machinery. Prague, Czech Republic, 2019. P. 1102–1110.

27. Multi-objective rapid transit network design with modal competition: the case of Concepción, Chile / G. Gutiérrez-Jarpa, G. Laporte, V. Marianov, L. Moccia // ComputOper Res. 2017. Vol. 78, Iss. 6. P. 27-43. URL: DOI: 10.1016/j.cor.2016.08.009.

28. Nielsen, G. Network design for public transport success–theory and examples / G. Nielsen, T. Lange. Norwegian Ministry of Transport and Communications, Oslo, 2008. 30 p.

29. Фадеев А. И., Алхуссейни С. Методика определения корреспонденций пассажиров общественным транспортом из операций валидаций электронных проездных билетов // Вестник СибАДИ. 2022.Т. 19, № 3. С. 370–397. URL: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-3-370-397.

30. Fadeev A. I. Passenger trips analysis determined by processing vali-dation data of the electronic tickets in public transport / A. I. Fadeev, S. Alhusseini // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1061 012001. 2021. P. 9.

31. Ortuzar, J. D. Modelling transport / J. D. Ortuzar, L. G. Willumsen. – John Willey & Sons, 2011. 586 p. URL: DOI:10.1002/9781119993308.

32. A review of urban transportation network design problems / R. Z. Farahani, E. Miandoabchi, W. Y. Szeto, H. Rashidi // Eur. J Oper. Res. 2013. Vol. 229. Р. 281-302. URL: DOI: 10.1016/j.ejor.2013.01.001.

33. Spiess, H. Optimal strategies: A new assignment model for transit networks / H. Spiess, M. Florian // Transp. ResPartB: Methodol. 1989. Vol. 23, Iss. 2. Р. 83-102. URL: DOI: 10.1016/0191-2615(89)90034-9.

34. Корягин М. Е. Равновесные модели системы городского пассажирского транспорта в условиях конфликта интересов. Новосибирск: Наука, 2011. 140 с.

35. TCRP Report 88: A Guidebook for Developing a Transit Perfor-mance-Measurement System. Kittelson& Associates, Inc. et al, 2003.

36. Mauttone, A. A multi-objective metaheuristic approach for the trans-it network design problem / A. Mauttone, M. E. Urquhart // Public Transp. 2009. Vol. 1. Р. 253-273. URL: https://doi.org/10.1007/s12469-010-0016-7.