Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАРШРУТАМИ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ
|
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ШКОЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ 11
1.1. ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ 11
1.1.1. Зарубежный опыт организации перевозок школьников 11
1.1.2. Проблемы безопасности школьных перевозок 13
1.1.3. Организация перевозок школьников в России. Опыт и современное состояние проблемы... 15
1.1.4. Опыт реализации системы управления движения школьными автобусами в республике
Татарстан 18
1.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН 23
1.2.1. Требования к школьным автобусам и правила организации их движения 23
1.2.3. Многоступенчатый контроль эксплуатации школьного автобуса 25
1.2.4. Нарушения и мероприятия по их устранению 26
1.3. СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В РОССИИ 27
1.3.1. Основные требования по обеспечению безопасности пассажирских перевозок 27
1.3.2. Наличие средств контроля и позиционирования 29
1.3.3. Мобильные приложения 32
1.3.4. Реестр автодорог по маршрутам школьных автобусов 33
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕГИС «ГЛОНАСС+П2» 33
1.4.1. Основные цели и задачи 33
1.4.2. Реализация проекта «ГЛОНАСС+112» 37
1.4.3. Объекты и органы управления 39
1.5. ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ШКОЛЬНОГО ТРАНСПОРТА С ПОМОЩЬЮ ЕГИС «ГЛОНАСС» 41
1.5.1. Школьные автобусы в системе ЕГИС «ГЛОНАС +112» 41
1.5.2. Система оперативного управления движением школьных автобусов 43
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 45
2. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ В ОБЛАСТИ МАРШРУТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА 49
2.1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА 49
2.1.1. Описание задачи маршрутизации 49
2.1.2. Классификация алгоритмов решения задачи маршрутизации транспорта 50
2.1.3. Конструктивные классические алгоритмы 53
2.1.3.1. Алгоритм Кларка-Райта 53
2.1.3.2. Расширения алгоритма Кларка-Райта 54
2.1.3.3. Последовательный алгоритм вставки Моля-Джеймсона 56
2.1.3.4. Последовательный алгоритм вставки Кристофидеса-Мингоззи-Тосса 56
2.1.4. Двухфазные классические алгоритмы 56
2.1.4.1. Алгоритм заметания 57
2.1.4.2. Алгоритм Фишера-Джекумера 57
2.1.4.3. Алгоритм Брамела-Симчи-Леви 57
2.1.4.4. Алгоритм лепестков 58
2.1.4.5. Методы с решением ЗК перед кластеризацией 59
2.1.5. Классические улучшающие алгоритмы 59
2.1.5.1. Оптимизация отдельного маршрута 59
2.1.5.2. Алгоритмы для улучшения нескольких маршрутов 60
2.2. ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ МАРШРУТИЗАЦИИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ШКОЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК 61
2.3. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 63
2.4. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ В
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ 67
2.4.1. Тенденции развития интеллектуальных систем управления транспортным комплексом... 67
2.4.1.1. Макроскопические модели транспортного потока 74
2.4.1.2. Микроскопические модели транспортного потока 75
2.4.1.3. Мезоскопические модели транспортного потока 76
2.4.2. Описание существующих программных пакетов для моделирования транспортных систем 79
2.4.2.1. Ситуация на рынке программных разработок 79
2.4.2.2. Пакет имитационного моделирования Aimsun 80
2.4.2.3. Геоинформационные системы 81
2.4.2.4. Программный комплекс подготовки данных и визуализации результатов транспортного
моделирования ANetEditor 82
2.4.2.5. Education Logistics (EDULOG.NT) 83
2.4.2.6. Versatrans Routing & Planning 85
2.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 86
3. РАЗРАБОТКА СППР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШКОЛЬНЫМИ ПЕРЕВОЗКАМИ 87
3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СППР, ОСНОВНЫЕ МОДУЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ 87
3.1.1. Общие положения, состав СППР 87
3.1.1.1. Хранилища данных 90
3.1.1.2. OLAP-технологии 93
3.1.1.3. Интеллектуальный анализ данных 94
3.1.2. Структура СППР, состав модулей 95
3.1.2.1. БД и СУБД 96
3.1.2.2. Источники данных и их особенности 96
3.1.2.3. Возможности СУБД 97
3.1.2.4. Подсистема данных СППР 99
3.1.2.4. Имитационная модель как интеллектуальное ядро СППР 100
3.1.3. Многомерный анализ данных 101
3.2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СППР 103
3.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ И МАРШРУТИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ.... 104
3.4. ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗАДАЧИ 105
3.4.1. Переменные и параметры задачи маршрутизации 105
3.4.2. Ограничения задачи маршрутизации 107
3.4.3. Параметры оценки школьной маршрутной сети и транспортных средств 110
3.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 111
4.1. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ 112
4.2. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА 114
4.2.1. Ограничения модели и обоснование выбора критериев оптимизации 114
4.2.2. Алгоритм и обоснование выбора среды его реализации 115
4.3. ГИС-БАЗЫ 122
4.4. МАРШРУТНАЯ СЕТЬ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В ТУКАЕВСКОМ РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 126
4.4.1. Организация школьных перевозок в Тукаевском муниципальном районе республики
Татарстан 126
4.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 133
5. РИСКИ И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ РАЗРАБОТКИ 135
5.1. АНАЛИЗ РИСКОВ 135
5.1.1. Методы защиты от информационного риска 135
5.1.2. Методы защиты от профессионального риска угрозы здоровью оператора 137
1.1. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 137
5.2. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОГО РЕШЕНИЯ 140
5.2.1. Расчет стоимости предоставления услуг по перевозки учащихся 140
5.2.2. Расчеты затрат Тукаевского муниципального образования 141
5.2.3. Рекомендации по маршрутизации движения школьных автобусов в Тукаевском районе
Республики Татарстан 142
5.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 148
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ШКОЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ 11
1.1. ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ 11
1.1.1. Зарубежный опыт организации перевозок школьников 11
1.1.2. Проблемы безопасности школьных перевозок 13
1.1.3. Организация перевозок школьников в России. Опыт и современное состояние проблемы... 15
1.1.4. Опыт реализации системы управления движения школьными автобусами в республике
Татарстан 18
1.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН 23
1.2.1. Требования к школьным автобусам и правила организации их движения 23
1.2.3. Многоступенчатый контроль эксплуатации школьного автобуса 25
1.2.4. Нарушения и мероприятия по их устранению 26
1.3. СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В РОССИИ 27
1.3.1. Основные требования по обеспечению безопасности пассажирских перевозок 27
1.3.2. Наличие средств контроля и позиционирования 29
1.3.3. Мобильные приложения 32
1.3.4. Реестр автодорог по маршрутам школьных автобусов 33
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕГИС «ГЛОНАСС+П2» 33
1.4.1. Основные цели и задачи 33
1.4.2. Реализация проекта «ГЛОНАСС+112» 37
1.4.3. Объекты и органы управления 39
1.5. ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ШКОЛЬНОГО ТРАНСПОРТА С ПОМОЩЬЮ ЕГИС «ГЛОНАСС» 41
1.5.1. Школьные автобусы в системе ЕГИС «ГЛОНАС +112» 41
1.5.2. Система оперативного управления движением школьных автобусов 43
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 45
2. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ В ОБЛАСТИ МАРШРУТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА 49
2.1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА 49
2.1.1. Описание задачи маршрутизации 49
2.1.2. Классификация алгоритмов решения задачи маршрутизации транспорта 50
2.1.3. Конструктивные классические алгоритмы 53
2.1.3.1. Алгоритм Кларка-Райта 53
2.1.3.2. Расширения алгоритма Кларка-Райта 54
2.1.3.3. Последовательный алгоритм вставки Моля-Джеймсона 56
2.1.3.4. Последовательный алгоритм вставки Кристофидеса-Мингоззи-Тосса 56
2.1.4. Двухфазные классические алгоритмы 56
2.1.4.1. Алгоритм заметания 57
2.1.4.2. Алгоритм Фишера-Джекумера 57
2.1.4.3. Алгоритм Брамела-Симчи-Леви 57
2.1.4.4. Алгоритм лепестков 58
2.1.4.5. Методы с решением ЗК перед кластеризацией 59
2.1.5. Классические улучшающие алгоритмы 59
2.1.5.1. Оптимизация отдельного маршрута 59
2.1.5.2. Алгоритмы для улучшения нескольких маршрутов 60
2.2. ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ МАРШРУТИЗАЦИИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ШКОЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК 61
2.3. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 63
2.4. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ В
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ 67
2.4.1. Тенденции развития интеллектуальных систем управления транспортным комплексом... 67
2.4.1.1. Макроскопические модели транспортного потока 74
2.4.1.2. Микроскопические модели транспортного потока 75
2.4.1.3. Мезоскопические модели транспортного потока 76
2.4.2. Описание существующих программных пакетов для моделирования транспортных систем 79
2.4.2.1. Ситуация на рынке программных разработок 79
2.4.2.2. Пакет имитационного моделирования Aimsun 80
2.4.2.3. Геоинформационные системы 81
2.4.2.4. Программный комплекс подготовки данных и визуализации результатов транспортного
моделирования ANetEditor 82
2.4.2.5. Education Logistics (EDULOG.NT) 83
2.4.2.6. Versatrans Routing & Planning 85
2.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 86
3. РАЗРАБОТКА СППР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШКОЛЬНЫМИ ПЕРЕВОЗКАМИ 87
3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СППР, ОСНОВНЫЕ МОДУЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ 87
3.1.1. Общие положения, состав СППР 87
3.1.1.1. Хранилища данных 90
3.1.1.2. OLAP-технологии 93
3.1.1.3. Интеллектуальный анализ данных 94
3.1.2. Структура СППР, состав модулей 95
3.1.2.1. БД и СУБД 96
3.1.2.2. Источники данных и их особенности 96
3.1.2.3. Возможности СУБД 97
3.1.2.4. Подсистема данных СППР 99
3.1.2.4. Имитационная модель как интеллектуальное ядро СППР 100
3.1.3. Многомерный анализ данных 101
3.2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СППР 103
3.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ И МАРШРУТИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ.... 104
3.4. ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗАДАЧИ 105
3.4.1. Переменные и параметры задачи маршрутизации 105
3.4.2. Ограничения задачи маршрутизации 107
3.4.3. Параметры оценки школьной маршрутной сети и транспортных средств 110
3.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 111
4.1. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ 112
4.2. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА 114
4.2.1. Ограничения модели и обоснование выбора критериев оптимизации 114
4.2.2. Алгоритм и обоснование выбора среды его реализации 115
4.3. ГИС-БАЗЫ 122
4.4. МАРШРУТНАЯ СЕТЬ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ В ТУКАЕВСКОМ РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 126
4.4.1. Организация школьных перевозок в Тукаевском муниципальном районе республики
Татарстан 126
4.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 133
5. РИСКИ И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ РАЗРАБОТКИ 135
5.1. АНАЛИЗ РИСКОВ 135
5.1.1. Методы защиты от информационного риска 135
5.1.2. Методы защиты от профессионального риска угрозы здоровью оператора 137
1.1. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 137
5.2. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОГО РЕШЕНИЯ 140
5.2.1. Расчет стоимости предоставления услуг по перевозки учащихся 140
5.2.2. Расчеты затрат Тукаевского муниципального образования 141
5.2.3. Рекомендации по маршрутизации движения школьных автобусов в Тукаевском районе
Республики Татарстан 142
5.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 148
Показатели детского дорожно-транспортного травматизма в нашей стране на протяжении многих лет сохраняются на высоком уровне. В последние годы участились случаи дорожно-транспортных происшествий (ДТП) с участием автобусов, перевозивших группы детей, в том числе школьников. Так, более 10 % ДТП с участием школьных автобусов за последние шесть лет произошли из-за неисправности транспортных средств. Основная причина появления на дороге неисправного автомобиля - некачественные или несвоевременные обслуживание и ремонт, а также высокий возраст эксплуатируемых транспортных средств. На данный момент 70% отечественного автобусного парка составляют автобусы старше 10 лет, при этом 32% имеют возраст более 25 лет. Риски отказа тормозной системы, систем рулевого управления и других элементов активной безопасности у старой техники очень высоки. Запас прочности конструкции старых автобусов снижается в 1,5 - 2,5 раза, что увеличивает риск внезапного выхода из строя узлов и агрегатов.
В целях увеличения безопасности планируется ввести требования к предельному возрасту автобусов, используемых для перевозки детей. С 1 апреля 2019 года требования коснутся так называемых "легких" автобусов массой до 5 тонн, а с 1 октября распространятся на автобусы и массой более 5 тонн. Эксперты предполагают, что следствием может стать транспортный коллапс, из-за которого возникнут проблемы с доставкой детей не только в школы, но и к базам отдыха, в санатории и оздоровительные лагеря. Кроме того, окажется затруднительным выезд детей-кружковцев и активных подростков на профильные смены, куда многие из них стремились, занимаясь в секциях или лабораториях. Следовательно, возникнут и проблемы с дополнительным образованием детей, которые не смогут раскрыть свой творческий или спортивный потенциал. Помимо недостатка средств на обновление автопарка растет количество ведомственных нормативных актов, регламентирующих перевозки детей.
Как известно, на техническое состояние автотранспортного средства влияет не только возраст, но и наработка. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные методы и модели, позволяющие эффективно, целесообразно и безопасно эксплуатировать автобусный парк, осуществляющий перевозки школьников как по постоянным, так и по разовым маршрутам.
Несмотря на активное развитие различных систем мониторинга и планирования перевозок, для системы перевозок школьников практически нет информационных сервисов, которые обеспечили бы не только контроль выполнения графика и соблюдения маршрута перевозки, но и рациональное планирование маршрутной сети. В то же время, разработка рациональных маршрутов и планов пассажирских перевозок, в особенности перевозок детей, способствует своевременному и качественному их осуществлению, эффективному взаимодействию между участниками перевозочного процесса, а также повышению безопасности как перевозочного процесса, так и дорожного движения в целом, в связи с чем, планирование движения школьного транспорта является важной составляющей процесса управления пассажирскими перевозками.
Учитывая сложность этого процесса как с организационной точки зрения, так и с точки зрения реализации управления, а также множество факторов, оказывающих влияние на его осуществление, многие из которых являются, помимо этого, стохастическими, реализация данной задачи невозможна без современных инструментов учёта, анализа данных, прогнозирования и планирования интеллектуальной информационной системы.
Для решения задач планирования процессов организации школьных перевозок, необходимо обеспечить возможность оперативного одновременного доступа к информационным базам (географической, экономической, техникоэксплуатационной и т.п.), данные в которых постоянно обновляются, являются актуальными, полными и разноплановыми. Эта информация должна представляться в удобной для анализа форме и обеспечивать принятие наиболее рациональных решений, как в вопросах выбора подвижного состава, так и построения оптимального маршрута.
Процесс маршрутизации сразу нескольких школьных автобусов относится к типу NP-полных задач и представляет собой тип многокритериальной задачи маршрутизации транспорта, при решении которой необходимо учитывать значительное количество критериев и параметров. Это такие параметры, как: расположение остановочных пунктов посадки (высадки) школьников, пассажировместимость автобусов, минимальная длина маршрута и минимальное расстояние от мест проживания школьников до указанных им пунктов посадки. Инструментом, обеспечивающим решение данной задачи, может стать система поддержки принятия решений, создаваемая с учетом потребностей в области школьных перевозок. Система должна быть легко настраиваемая, позволяющая быстро при необходимости актуализировать маршруты (болезнь школьника, перевод в другую школу, изменения в расписании, отсутствии необходимости в перевозке, корректировка списка учащихся, нуждающихся в перевозке и т.п.).
Целью исследования является разработка системы управления для повышения эффективности использования трудовых и транспортных ресурсов муниципальных образовательных учреждений за счет оперативного решения задачи рационального планирования и маршрутизации движения школьных автобусов с использованием информационных ресурсов.
Объектом исследований является транспортная сеть Тукаевского района республики Татарстан
Предметом исследований процесс организации движения школьных автобусов.
Методы исследований. В работе использовался эвристический алгоритм решения задачи планирования движения школьных автобусов, представлены пути реализации системы, основанные на методах и технологиях создания и анализа пространственных данных, принципах геоинформационных систем и методах математического моделирования.
В настоящее время многие школы, расположенные в сельской местности, вынуждены заниматься организацией ежедневных перевозок обучающихся у них детей. Сегодня в ряде случаев организацией школьных перевозок в муниципальных районах и некоторых городских округах РФ занимаются директора школ, которым приходится решать большое число вопросов, выходящих за рамки их профессиональных знаний:
• какими автобусами перевозить детей;
• как лучше составить маршруты перевозок;
• как организовать предрейсовый технический осмотр автобусов и предрейсовый медицинский осмотр водителей;
• где хранить автобусы, как их обслуживать и ремонтировать и ряд других. Одним из наиболее важных вопросов является поиск рационального
маршрута перевозок. Отсутствие у директоров школ необходимого инструментария и навыков работы в сфере автомобильного транспорта приводит к тому, что они обычно отдают это на откуп водителям школьных автобусов. Кроме того, несмотря на большое количество существующих подходов и апробированных на практике методов решения задач маршрутизации различных видов перевозок, алгоритмы маршрутизации, учитывающие социальную значимость школьных перевозок, различные ограничения и другие особенности до сих пор не разработаны. Основными такими ограничениями является: своевременность доставки детей к началу занятий, ограничение на продолжительность перевозки детей, организация посадки детей на специально оборудованных остановочных пунктах, находящихся в шаговой доступности от места их проживания, или непосредственно от дома. В связи с вышесказанным, создание алгоритма поиска рационального маршрута перевозок школьников к местам обучения в сельской местности является актуальным направлением исследований.
Научная новизна магистерской диссертации заключается в разработке системы поддержки принятия решений для оптимизации оперативного управления школьными перевозками.
Идея данного подхода основывается на комплексном решении многокритериальной задачи планирования движения школьных автобусов на основе использования информационных баз ЕГИС «ГЛОНСС+112» с учетом оптимального решения задачи маршрутизации транспортных средств, полученного методами математического моделирования.
В магистерской диссертации проанализированы информационные систе-
мы и математические модели, использование которых позволяет получать научно-обоснованное решение задачи планирования движения нескольких школьных автобусов. Это наиболее рациональные для каждого сочетания факторов маршруты, составленные с учетом необходимых и возможных мест сбора, посадки и высадки, безопасности дорожного движения, пассажировместимости автобусов, минимальной длины маршрута, и минимального расстояния между пунктами посадки школьников и местами их проживания.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Теоретическая значимость состоит в разработке математической модели и алгоритма решения задачи планирования движения школьных автобусов. Основные выводы и положения магистерской работы могут быть использованы при подготовке программ теоретических и прикладных исследований, направленных на решение задачи маршрутизации движения нескольких транспортных средств.
Практическая значимость исследования заключается в следующих результатах, получаемых от реализации данного проекта:
1. Социальный эффект
• повышение пространственной доступности услуг, предоставляемых образовательными учреждениями;
• своевременное, безопасное и качественное осуществление процесса перевозки учащихся;
• снижение риска возникновения дорожно-транспортных происшествий, гибели и травматизма детей при перевозке учащихся, воспитанников образовательных учреждений;
• возможность организации перевозок детей с ограниченными возможностями непосредственно от места их проживания.
2. Экономический эффект.
• Эффективное использование транспортных ресурсов образовательными учреждениями за счет оптимизации маршрутов движения, а также оптимального выбора подвижного состава;
• Сокращение времени планирования рациональных маршрутов движения школьных автобусов;
В первой главе магистерской диссертацией выполнен анализ текущего состояния вопроса в области организации школьных перевозок, обоснована актуальность работы, а также сформулированы цель и задачи, которые надо решить для достижения указанной цели.
Во второй главе приводится обзор теоретических разработок в области маршрутизации транспорта, существующих информационных разработок и решений в области организации и управления движением.
Третья глава посвящена разработке концепции системы поддержки принятия решений для управления школьными перевозками. Приведена постановка задачи планирования и маршрутизации движения школьных автобусов по наиболее удобным для школьников остановочным пунктам.
В четвертой главе описаны этапы реализации проекта и проводится анализ маршрутной сети школьных автобусов Тукаевского района республики Татарстан. Определены направления оптимизации маршрутной сети.
В пятой главе описаны риски, возникающие при внедрении разработанной СППР, определены меры по защите информации и выполнена оценка эффективности предложенного решения.
По каждой из глав имеются выводы, а также приводится общее заключение по итогам работы.
В целях увеличения безопасности планируется ввести требования к предельному возрасту автобусов, используемых для перевозки детей. С 1 апреля 2019 года требования коснутся так называемых "легких" автобусов массой до 5 тонн, а с 1 октября распространятся на автобусы и массой более 5 тонн. Эксперты предполагают, что следствием может стать транспортный коллапс, из-за которого возникнут проблемы с доставкой детей не только в школы, но и к базам отдыха, в санатории и оздоровительные лагеря. Кроме того, окажется затруднительным выезд детей-кружковцев и активных подростков на профильные смены, куда многие из них стремились, занимаясь в секциях или лабораториях. Следовательно, возникнут и проблемы с дополнительным образованием детей, которые не смогут раскрыть свой творческий или спортивный потенциал. Помимо недостатка средств на обновление автопарка растет количество ведомственных нормативных актов, регламентирующих перевозки детей.
Как известно, на техническое состояние автотранспортного средства влияет не только возраст, но и наработка. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные методы и модели, позволяющие эффективно, целесообразно и безопасно эксплуатировать автобусный парк, осуществляющий перевозки школьников как по постоянным, так и по разовым маршрутам.
Несмотря на активное развитие различных систем мониторинга и планирования перевозок, для системы перевозок школьников практически нет информационных сервисов, которые обеспечили бы не только контроль выполнения графика и соблюдения маршрута перевозки, но и рациональное планирование маршрутной сети. В то же время, разработка рациональных маршрутов и планов пассажирских перевозок, в особенности перевозок детей, способствует своевременному и качественному их осуществлению, эффективному взаимодействию между участниками перевозочного процесса, а также повышению безопасности как перевозочного процесса, так и дорожного движения в целом, в связи с чем, планирование движения школьного транспорта является важной составляющей процесса управления пассажирскими перевозками.
Учитывая сложность этого процесса как с организационной точки зрения, так и с точки зрения реализации управления, а также множество факторов, оказывающих влияние на его осуществление, многие из которых являются, помимо этого, стохастическими, реализация данной задачи невозможна без современных инструментов учёта, анализа данных, прогнозирования и планирования интеллектуальной информационной системы.
Для решения задач планирования процессов организации школьных перевозок, необходимо обеспечить возможность оперативного одновременного доступа к информационным базам (географической, экономической, техникоэксплуатационной и т.п.), данные в которых постоянно обновляются, являются актуальными, полными и разноплановыми. Эта информация должна представляться в удобной для анализа форме и обеспечивать принятие наиболее рациональных решений, как в вопросах выбора подвижного состава, так и построения оптимального маршрута.
Процесс маршрутизации сразу нескольких школьных автобусов относится к типу NP-полных задач и представляет собой тип многокритериальной задачи маршрутизации транспорта, при решении которой необходимо учитывать значительное количество критериев и параметров. Это такие параметры, как: расположение остановочных пунктов посадки (высадки) школьников, пассажировместимость автобусов, минимальная длина маршрута и минимальное расстояние от мест проживания школьников до указанных им пунктов посадки. Инструментом, обеспечивающим решение данной задачи, может стать система поддержки принятия решений, создаваемая с учетом потребностей в области школьных перевозок. Система должна быть легко настраиваемая, позволяющая быстро при необходимости актуализировать маршруты (болезнь школьника, перевод в другую школу, изменения в расписании, отсутствии необходимости в перевозке, корректировка списка учащихся, нуждающихся в перевозке и т.п.).
Целью исследования является разработка системы управления для повышения эффективности использования трудовых и транспортных ресурсов муниципальных образовательных учреждений за счет оперативного решения задачи рационального планирования и маршрутизации движения школьных автобусов с использованием информационных ресурсов.
Объектом исследований является транспортная сеть Тукаевского района республики Татарстан
Предметом исследований процесс организации движения школьных автобусов.
Методы исследований. В работе использовался эвристический алгоритм решения задачи планирования движения школьных автобусов, представлены пути реализации системы, основанные на методах и технологиях создания и анализа пространственных данных, принципах геоинформационных систем и методах математического моделирования.
В настоящее время многие школы, расположенные в сельской местности, вынуждены заниматься организацией ежедневных перевозок обучающихся у них детей. Сегодня в ряде случаев организацией школьных перевозок в муниципальных районах и некоторых городских округах РФ занимаются директора школ, которым приходится решать большое число вопросов, выходящих за рамки их профессиональных знаний:
• какими автобусами перевозить детей;
• как лучше составить маршруты перевозок;
• как организовать предрейсовый технический осмотр автобусов и предрейсовый медицинский осмотр водителей;
• где хранить автобусы, как их обслуживать и ремонтировать и ряд других. Одним из наиболее важных вопросов является поиск рационального
маршрута перевозок. Отсутствие у директоров школ необходимого инструментария и навыков работы в сфере автомобильного транспорта приводит к тому, что они обычно отдают это на откуп водителям школьных автобусов. Кроме того, несмотря на большое количество существующих подходов и апробированных на практике методов решения задач маршрутизации различных видов перевозок, алгоритмы маршрутизации, учитывающие социальную значимость школьных перевозок, различные ограничения и другие особенности до сих пор не разработаны. Основными такими ограничениями является: своевременность доставки детей к началу занятий, ограничение на продолжительность перевозки детей, организация посадки детей на специально оборудованных остановочных пунктах, находящихся в шаговой доступности от места их проживания, или непосредственно от дома. В связи с вышесказанным, создание алгоритма поиска рационального маршрута перевозок школьников к местам обучения в сельской местности является актуальным направлением исследований.
Научная новизна магистерской диссертации заключается в разработке системы поддержки принятия решений для оптимизации оперативного управления школьными перевозками.
Идея данного подхода основывается на комплексном решении многокритериальной задачи планирования движения школьных автобусов на основе использования информационных баз ЕГИС «ГЛОНСС+112» с учетом оптимального решения задачи маршрутизации транспортных средств, полученного методами математического моделирования.
В магистерской диссертации проанализированы информационные систе-
мы и математические модели, использование которых позволяет получать научно-обоснованное решение задачи планирования движения нескольких школьных автобусов. Это наиболее рациональные для каждого сочетания факторов маршруты, составленные с учетом необходимых и возможных мест сбора, посадки и высадки, безопасности дорожного движения, пассажировместимости автобусов, минимальной длины маршрута, и минимального расстояния между пунктами посадки школьников и местами их проживания.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Теоретическая значимость состоит в разработке математической модели и алгоритма решения задачи планирования движения школьных автобусов. Основные выводы и положения магистерской работы могут быть использованы при подготовке программ теоретических и прикладных исследований, направленных на решение задачи маршрутизации движения нескольких транспортных средств.
Практическая значимость исследования заключается в следующих результатах, получаемых от реализации данного проекта:
1. Социальный эффект
• повышение пространственной доступности услуг, предоставляемых образовательными учреждениями;
• своевременное, безопасное и качественное осуществление процесса перевозки учащихся;
• снижение риска возникновения дорожно-транспортных происшествий, гибели и травматизма детей при перевозке учащихся, воспитанников образовательных учреждений;
• возможность организации перевозок детей с ограниченными возможностями непосредственно от места их проживания.
2. Экономический эффект.
• Эффективное использование транспортных ресурсов образовательными учреждениями за счет оптимизации маршрутов движения, а также оптимального выбора подвижного состава;
• Сокращение времени планирования рациональных маршрутов движения школьных автобусов;
В первой главе магистерской диссертацией выполнен анализ текущего состояния вопроса в области организации школьных перевозок, обоснована актуальность работы, а также сформулированы цель и задачи, которые надо решить для достижения указанной цели.
Во второй главе приводится обзор теоретических разработок в области маршрутизации транспорта, существующих информационных разработок и решений в области организации и управления движением.
Третья глава посвящена разработке концепции системы поддержки принятия решений для управления школьными перевозками. Приведена постановка задачи планирования и маршрутизации движения школьных автобусов по наиболее удобным для школьников остановочным пунктам.
В четвертой главе описаны этапы реализации проекта и проводится анализ маршрутной сети школьных автобусов Тукаевского района республики Татарстан. Определены направления оптимизации маршрутной сети.
В пятой главе описаны риски, возникающие при внедрении разработанной СППР, определены меры по защите информации и выполнена оценка эффективности предложенного решения.
По каждой из глав имеются выводы, а также приводится общее заключение по итогам работы.
Целью исследования являлась разработка метода повышения эффективности использования трудовых и транспортных ресурсов муниципальных образовательных учреждений за счет оперативного решения задачи рационального планирования и маршрутизации движения школьных автобусов с использованием информационных систем
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
1. Были изучены и проанализированы материалы по вопросам, связанным с достижением поставленной цели.
2. Выполнен анализ применяемых методов и алгоритмов оптимизации планирования маршрутов транспортных средств
3. В результате проведенного анализа было выбрано направление собственных исследований в области нахождения оптимальных маршрутов транспортных средств для осуществления школьных перевозок, сформулирована математическая постановка задачи.
4. Исследована ЕГИС «ГЛОНАСС+112» как одно из инновационных решений в области автоматизации системы оперативного управления движением школьных автобусов; определены ее возможности и принцип работы;
5. Сформулированы математические параметры и ограничения для построения эвристического алгоритма решения задачи маршрутизации школьных автобусов, с применением данных, получаемых из информационных баз ЕГИС «ГЛО- НАСС+112».
В результате разработано программное решение для расчета оптимальных маршрутов школьных автобусов, использующее данные геоинформационной системы, и основанное на алгоритме поиска оптимального маршрута. Его реализация и внедрение позволит в короткий срок решать задачи по формированию и анализу маршрутной сети школьных автобусов, что существенно снизит трудоемкость, повысит оперативность и информативность всех проводимых работ, связанных с рассматриваемой прикладной тематикой.
Использование ГИС при маршрутизации пассажирского автотранспорта обеспечивает решение задач формирования, актуализации маршрутной сети, а также формирования и обработки всей информации, необходимой для решения задач планирования движения школьных перевозок.
Разработка эффективных маршрутов и планов пассажирских перевозок, в особенности перевозок детей, способствует своевременному и качественному их осуществлению, эффективному взаимодействию между участниками перевозочного процесса, а также повышению безопасности как перевозочного процесса, так и дорожного движения в целом.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
1. Были изучены и проанализированы материалы по вопросам, связанным с достижением поставленной цели.
2. Выполнен анализ применяемых методов и алгоритмов оптимизации планирования маршрутов транспортных средств
3. В результате проведенного анализа было выбрано направление собственных исследований в области нахождения оптимальных маршрутов транспортных средств для осуществления школьных перевозок, сформулирована математическая постановка задачи.
4. Исследована ЕГИС «ГЛОНАСС+112» как одно из инновационных решений в области автоматизации системы оперативного управления движением школьных автобусов; определены ее возможности и принцип работы;
5. Сформулированы математические параметры и ограничения для построения эвристического алгоритма решения задачи маршрутизации школьных автобусов, с применением данных, получаемых из информационных баз ЕГИС «ГЛО- НАСС+112».
В результате разработано программное решение для расчета оптимальных маршрутов школьных автобусов, использующее данные геоинформационной системы, и основанное на алгоритме поиска оптимального маршрута. Его реализация и внедрение позволит в короткий срок решать задачи по формированию и анализу маршрутной сети школьных автобусов, что существенно снизит трудоемкость, повысит оперативность и информативность всех проводимых работ, связанных с рассматриваемой прикладной тематикой.
Использование ГИС при маршрутизации пассажирского автотранспорта обеспечивает решение задач формирования, актуализации маршрутной сети, а также формирования и обработки всей информации, необходимой для решения задач планирования движения школьных перевозок.
Разработка эффективных маршрутов и планов пассажирских перевозок, в особенности перевозок детей, способствует своевременному и качественному их осуществлению, эффективному взаимодействию между участниками перевозочного процесса, а также повышению безопасности как перевозочного процесса, так и дорожного движения в целом.