ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ ОТРАСЛИ 10
1.1 Основные понятия транспортной отрасли 10
1.2 Мировая транспортная система 11
1.3 Общественный транспорт России 14
1.4 Проблема школьного транспорта в мире 19
Выводы по главе 1 25
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ 26
2.1 Задача коммивояжера 26
2.1.1 Формулировка задачи коммивояжера 27
2.1.2 Методы решения задачи коммивояжера 30
2.2 Задача маршрутизации транспортных средств 34
2.2.1 Формулировка задачи маршрутизации транспортных средств 37
2.2.2 Разновидности задачи маршрутизации транспорта 38
2.3 Задача маршрутизации школьного транспорта 46
2.5 Реализация задачи маршрутизации школьного транспорта в Matlab 55
Выводы по главе 2 58
3 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ
ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНОГО ТРАНСПОРТА С ПОМОЩЬЮ ВЕБ-ТЕХНОЛОГИЙ 60
3.1 Обоснование выбора среды разработки программного обеспечения 60
3.2 Структура данных 63
3.3 Руководство группы пользователей «Школа» 67
3.4 Руководство пользователя «Транспорт» 72
3.5 Руководство администратора системы 78
3.6 Руководство программиста 82
3.6.1 MVC модель разработки BitrixFramework 82
3.6.2 Требования к программному обеспечению 84
3.6.3 Файловая структура приложения 84
3.6.4 Права доступа 86
3.6.5 Компоненты системы 88
3.7 Оценка экономической эффективности программного обеспечения 107
Выводы по главе 3 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 116
ПРИЛОЖЕНИЕ А
В Российской Федерации, как и в других развитых странах, транспорт является одной из крупнейших базовых отраслей хозяйства, важнейшей составной частью производственной и социальной инфраструктуры.
Основные общесистемные проблемы развития транспортной отрасли Российской Федерации состоят в следующем:
1. наличие территориальных и структурных диспропорций в развитии транспортной инфраструктуры;
2. недостаточный уровень доступности транспортных услуг и мобильности населения;
3. недостаточно высокое качество транспортных услуг;
4. низкий уровень экспорта транспортных услуг, в том числе использования транзитного потенциала;
5. недостаточный уровень обеспечения транспортной безопасности;
6. усиление негативного влияния транспорта на экологию.
Несмотря на активное применение информационных технологий, актуальность проблемы решения задачи маршрутизации транспорта в городских условиях не снижается с течением времени, поскольку практика выдвигает все более сложные задачи как по количеству оптимизируемых параметров, так и по количеству ограничений, учитываемых при ее решении.
Так, в настоящий момент существует проблема школьного транспорта. В крупнонаселенных городах России школьники самостоятельно добираются до места обучения. В малонаселенных пунктах обычно школа арендует или приобретает автобус для транспортировки учащихся. Для организации единого способа перевозки школьников от дома до места обучения предлагается создать новую отрасль транспортной инфраструктуры - школьный транспорт.
Для выделения новой отрасли транспортной инфраструктуры потребуется создать общий для всех школ города парк автобусов. Автобусы необходимо закрепить за крупными автотранспортными предприятиями, которые будут обслуживать транспортные средства, следить за техническим состоянием автобусов и обеспечивать безопасную транспортировку школьников. Маршруты будут формироваться с помощью информационной системы по заявкам учащихся.
Объектом диссертационного исследования является транспортная система России.
Предметом исследования работы являются методы и модели транспортной логики, а именно задача коммивояжера и задача маршрутизации транспортных средств.
Целью исследования является моделирование системы школьного транспорта для минимизации времени, проводимого школьниками в пути от дома до школы, и оптимизации парка транспортных средств, а также разработка информационно-аналитической системы на основании полученной модели. Это позволит выделить новую ветвь в транспортной инфраструктуре России.
Для достижения поставленных целей необходимо решить ряд задач:
1. Исследовать существующую транспортную систему России и мира;
2. Исследовать вопрос мирового школьного транспорта;
3. Проанализировать существующие модели транспортных систем;
4. Построить модели оптимизации времени и количества транспортных средств;
5. Спроектировать и разработать информационно-аналитическую систему с помощью веб-технологий.
Теоретической основой диссертационного исследования служат труды таких зарубежных и отечественных ученых, как Г.Динциг, Дж.Рамзер, Г.Кларк, Дж.Райт, Осман И., С.Лин, С.Нильссон, Т.Ральф, Лукинский В.С., Плетнева Н.Г., Трофимов Д., Швецов В.И., Перцовский А.К. и другие.
Методологической основой исследования являются модели и методы транспортной логистики.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в решении следующих вопросов:
1. Разработана новая модель, минимизирующая время, проведённое школьниками в пути, и учитывающая количество доступных автобусов для транспортировки школьников, вместимость автобуса, среднее время посадки одного школьника, количество остановок, входящих в маршрут автобуса и др.
2. Разработана информационно-аналитическая система для оптимизации существующей транспортной системы, позволяющая вести учет основных параметров и оптимизировать количество транспортных средств на маршруте и минимизировать время транспортировки.
Результаты работы опубликованы в 4 научных работах, в том числе статья в базе SCOPUS. Имеется 2 свидетельства о регистрации электронного ресурса Объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование».
Магистерская диссертация включает в себя введение, три главы, заключение и приложения.
Первая глава раскрывает основные понятия транспортной отрасли. В главе приведен анализ транспортной инфраструктуры мира и России. Акцент сделан на общественном транспорте. В главе приводится опыт школьного транспорта в зарубежных странах.
Во второй главе проанализированы популярные методы транспортной логистики: задача коммивояжера, проблема маршрутизации транспорта в разных вариациях. Определены основные параметры, необходимые для построения модели для оптимизации маршрутизации школьного транспорта. В главе описана новая модель, использующая эти параметры, и определена система ограничений.
В третьей главе описана разработка автоматизированной системы для учета автобусов и школьников. Приведены инструкции для пользователей системы, имеющих разные права доступа к функционалу ИАС.
Практическая ценность диссертационного исследования заключается в возможности внедрения ее в городскую систему Набережных Челнов для оптимизации парка транспортных средств и безопасной и быстрой перевозки школьников.
В ходе диссертационного исследования была выявлена проблематика транспортной инфраструктуры России. Несмотря на большое разнообразие различных видов транспорта (автомобильный, водный, железнодорожный, трубопроводный и др.) одна отрасль осталась без внимания. Так, наиболее популярным общественным средством передвижения в России считается автобус (60% от общего количества пассажиропотока). Проблема наблюдается в отрасли школьного транспорта. В крупных населенных пунктах школьникам, которые живут далеко от места обучения, приходится самостоятельно добираться до школы.
Опыт школьного транспорта в мире велик. В Соединенных Штатах Америки школьный транспорт составляет около 60% от всех видов транспорта, в Великобритании проезд для детей во всем общественном транспорте до 11 лет - бесплатный, а для детей старше, если школа находится более чем в трех милях от дома, государство компенсирует затраты на транспорт, либо школа забирает детей на школьных автобусах.
Для организации единого способа транспортировки школьников от дома до мест обучения было предложено выделить школьный транспорт в отдельную ветвь транспортной инфраструктуры России. Транспортная инфраструктура подразумевает под собой совокупность всех отраслей и предприятий транспорта, которые выполняют перевозки и обеспечивают их обслуживание и выполнение. Следовательно, отрасль школьного транспорта должна обеспечивать безопасную и своевременную транспортировку школьников. Ответственными за перевозку школьников необходимо назначить автотранспортные компании города.
Вторая глава работы посвящена моделированию проблемы школьного транспорта с использованием математических методов. В ходе исследования были проанализированы различные модели: задача коммивояжера, задача маршрутизации транспорта VRP в различных вариациях. Данные задачи предназначены для определения маршрутов доставки груза и не учитывают специфику моделирования пассажироперевозок. Поэтому на основании выше представленных моделей построили новую, которая учитывает все параметры: множество всех автобусных остановок, на которых в автобус садится один или несколько школьников; переменная, принимающая значения 0 и 1 и определяющая остановку, на которой хотя бы один школьник садится в автобус; множество доступных автобусов, которые будут запущены по маршрутам; переменная, которая принимает значения 0 и 1, и определяет школу, в которая является конечным пунктом маршрута; количество доступных автобусов для транспортировки школьников; время в пути; общее количество автобусных остановок; вместимость автобуса; среднее время посадки одного школьника; количество школьников на остановке; количество остановок, входящих в маршрут автобуса; порядковый номер остановки, входящей в маршрут автобуса. С использованием этих параметров была построена целевая функция, минимизирующая время, которое школьники проводят в пути. Построенная модель гарантирует, что общее количество школьников, которых необходимо забрать с остановок, не превышает количество мест в автобусе; что все школьники совершили посадку в автобус; в каждом автобусе ехал минимум один школьник. Разработанная модель положена в основу информационно-аналитической системы.
Для обеспечения перевозок школьников была разработана информационно-аналитическая система «Школьный транспорт», которая позволяет вести учет курсирующих по маршрутам автобусов, школьников, которым необходима транспортировка от дома до школы, остановок маршрутов, школ. Данная система призвана объединить различные структуры (автотранспортные компании, школы, управление образования города, исполнительный комитет города) и создать между ними единое информационное пространство по вопросам школьного транспорта. Система школьных перевозок относится к системотехническому комплексу, основная цель которого при эффективном взаимодействии транспорта и обслуживающего персонала сократить временные и ресурсные издержки, относящиеся к ее различным компонентам.
Разработанная система состоит из модулей, что позволяет разграничить права доступа между участниками системы (директора школ, модераторы и администратор).
Для разработанной системы был проведен расчет показателей экономической эффективности методом CashFlow. Анализ показал, что разработка информационно-аналитической системы эффективна и выгодна.
По результатам работы все поставленные цели и задачи решены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
