Влияние низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения городских маршрутных автобусов
На правах рукописи
ЯРКОВ Сергей Александрович
ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА РЕГУЛЯРНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
ГОРОДСКИХ МАРШРУТНЫХ АВТОБУСОВ
Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тюмень – 2007
Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта» Тюменского государственного нефтегазового университета
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Резник Леонид Григорьевич | |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Карнаухов Владимир Николаевич | |
| кандидат технических наук, доцент Колесников Сергей Павлович | ||
| Ведущая организация: | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) |
Защита состоится 30 мая 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.273.04 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал имени А.Н. Косухина.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.
Автореферат разослан 28 апреля 2007 г.
Телефон для справок: (3452) 20-93-02.
e-mail: [email protected]
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, П.В. Евтин
доцент
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Общественный транспорт является социально значимым элементом городского хозяйства, который влияет на качество жизни населения. Ежедневно его услугами пользуется 70 – 80 % населения крупных городов. Создание конкурентной среды рыночных отношений в России способствует повышению уровня качества транспортных услуг предоставляемых населению системой городского пассажирского общественного транспорта (ГПОТ), но в зимних условиях уровень качества обычно снижается. Одной из основных причин этого является негативное влияние низкотемпературных условий эксплуатации, обусловливающее увеличение количества сходов автобусов с маршрутов и срыв рейсов, предусмотренных расписанием. В результате снижается уровень регулярности движения автобусов на маршруте. Для организаторов маршрутных перевозок ГПОТ регулярность движения автобусов является одним из важнейших показателей качества транспортного обслуживания пассажиров, значимо влияющих на время поездки, что важно для потребителей услуг. Повышение уровня регулярности движения автобусов также способствует увеличению объема и доходности перевозок, что в современных условиях приоритетно для перевозчиков.
Формирование фактической регулярности движения автобусов на городских маршрутах определяется уровнем надежности и приспособленности автобусов. Надежность является сдерживающим фактором по отношению к физическому старению, а приспособленность – таким же фактором по отношению к условиям эксплуатации.
Уровень регулярности транспортного сообщения на городском маршруте определяется совместным противодействием негативному влиянию условий эксплуатации надежности автобусов и их приспособленности к использованию в этих условиях.
Влияние низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения автобусов на городских маршрутах различной сложности, с учетом приспособленности подвижного состава ГПОТ, изучено недостаточно. Установление закономерностей изменения регулярности движения автобусов на городских маршрутах различной сложности в зимний период и разработка на их основе методик практического использования позволит повысить качество транспортного обслуживания жителей городов.
Таким образом, исследование процесса влияния низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения городских маршрутных автобусов является актуальной научной задачей.
Данная работа выполнена в соответствии с Тематическим планом госбюджетных НИР ТюмГНГУ.
Целью данной работы является повышение регулярности движения автобусов на городских маршрутах путем установления и практического использования закономерностей её изменения зимой.
Объект исследования – процесс изменения регулярности движения автобусов на маршрутной сети в зимний период, а предмет исследования – этот процесс применительно к автобусам конкретных марок и моделей, работающих в зимний период на городских маршрутах различной сложности.
Научная новизна заключается в следующем:
- предложен вариант развития концепции пространственно-временного подхода к формированию эффективности и качества перевозочного процесса применительно к влиянию низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах.
- раскрыт механизм влияния низкотемпературных условий эксплуатации на изменение регулярности движения автобусов на городских маршрутах, на основе реализации пространственно-временного подхода;
- установлена закономерность влияния низких температур окружающего воздуха на изменение регулярности движения автобусов на маршрутах ГПОТ, описываемая квадратичной моделью приспособленности;
- выявлена различная степень влияния низкотемпературных условий эксплуатации на формирование регулярности движения автобусов с разным уровнем приспособленности;
- установлена закономерность влияния сложности маршрутов на изменение регулярности движения маршрутных автобусов в зимний период года, описываемая линейной моделью приспособленности;
- установлено, что влияние низкотемпературных условий эксплуатации и сложности маршрута на регулярность движения городских маршрутных автобусов описывается двухфакторной аддитивной математической моделью приспособленности.
Практическая ценность заключается в том, что внедрение разработанной методики в практику обеспечивает повышение регулярности движения автобусов на городских маршрутах зимой.
На защиту выносятся:
- вариант развития концепции пространственно-временного подхода к формированию эффективности и качества перевозочного процесса применительно к влиянию низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах;
- механизм изменения регулярности движения городских маршрутных автобусов под влиянием низкотемпературных условий;
- математические модели влияния низких температур окружающего воздуха и сложности маршрута на коэффициент регулярности движения автобусов на маршрутах ГПОТ;
- численные значения параметров математических моделей для маршрутов различной сложности в различных низкотемпературных условиях;
- Методика повышения регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры ЭАТ Тюменского государственного нефтегазового университета (2002 – 2007 гг.), региональной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» (г. Тюмень, 2003), на конференциях «Транспортный комплекс 2002», «Транспортный комплекс 2003», «Транспортный комплекс 2004» (г. Тюмень), на региональной научно-практической конференции «Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта 2004», на международной научно-практической конференции «Интерстроймех 2005» (г. Тюмень), на всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири 2005» (г. Тюмень).
Реализация результатов работы. Разработанная методика практического использования внедрена в МУПГТ «Тюменьгортранс» (организатор городских маршрутных перевозок в г. Тюмени). Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке специалистов по эксплуатации автомобильного транспорта.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано четырнадцать статей, в том числе две статьи в журналах, рецензируемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы, включающего 155 наименований. Работа включает 207 страниц машинописного текста, 33 таблицы, 69 иллюстраций и 7 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования, научная новизна, практическая ценность, а также основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу состояния вопроса. Проанализированы работы отечественных ученых НИИАТ, МАДИ (ГТУ), ВолгГТУ, ВГУ, СибАДИ, РГСУ, КубГТУ, ТюмГНГУ, в частности Антошвили М.Е., Блатнова М.Д., Большакова А.М., Варелопуло Г.А., Вельможина А.В., Володина Е.П., Гудкова В.А., Герами В.Д., Данилова О.Ф., Доли В.К., Ефремова И.С., Жузенова Б.Б., Захарова Н.С., Карнаухова В.Н., Кобозева В.М., Колесова В.И., Кулиева Т.Д., Курганова В.М., Либермана С.Ю., Линника Г.Д., Лисенкова Е.М., Максимова В.А., Миротина Л.Б., Муна Э.Е., Петрова А.И., Резника Л.Г., Санамова Р.Г., Спирина И.В., Хейфеца П.Б., Шабанова А.В., Юдина В.А., зарубежных ученых Cibulka J, Lempkin W., Soaslmans P., Silman L., Bazzily Z. и других, посвященные вопросам организации пассажирских перевозок.
Анализ показал, что одной из важнейших характеристик качества транспортного обслуживания жителей города является регулярность движения автобусов на маршрутах. Движение на маршруте считается регулярным, если автобус отправился в рейс точно по расписанию, своевременно проследовал все промежуточные контрольные пункты и прибыл на конечный пункт по расписанию с учетом допустимых отклонений. Снижение регулярности движения маршрутного транспорта происходит за счет недовыпусков, опозданий и, особенно часто, сходов автобусов с маршрута. С целью восстановления транспортного процесса до нормативного уровня, соответствующего плану, чаще всего используют прием выпуска на линию резервных автобусов.
Вопросами влияния низких температур на показатели эффективности автомобильного транспорта занимались ученые Бурханов В.Ф., Великанов Д.П., Громов Н.Н., Захаров Н.С., Лосавио Г.С., Резник Л.Г., Семенов Н.В., Чудновский А.Д. и другие.
В зимних условиях пассажиры, ожидающие прибытия автобуса на остановочном пункте, подвергаются действиям неблагоприятных климатических условий (ветер, низкая температура воздуха), что повышает требования к регулярности предоставления транспортной услуги.
Низкая температура окружающего воздуха является одним из существенных неблагоприятных факторов окружающей среды, негативно влияющих на эффективность использования автобусов посредством ограничения периода их нормальной работы и преждевременного вывода их из строя. Многие авторы отмечают, что значительное отрицательное воздействие оказывает так же сложность маршрута (остановки, повороты, наполняемость салона, скоростной режим и др.). Эти факторы влияют на снижение регулярности движения автобусов на городских маршрутах.
Установлено, что влияние низких температур окружающего воздуха на формирование качества и эффективности ГПОТ следует учитывать в практике. Однако, закономерности влияния низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения автобусов различной приспособленности ранее установлены не были.
Впервые всесторонним изучением приспособленности, как свойства автомобиля, формулированием основных положений теоретических основ приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации и определением приоритетных исследований в этой области занялись ученые ТюмГНГУ. Результатом этих исследований стала пространственно-временная концепция формирования качества автомобилей и эффективности их эксплуатации. Поддержание высокого уровня приспособленности автобусов ГПОТ к низкотемпературным условиям функционирования влечет за собой дополнительное расходование материальных ресурсов, что приводит к необходимости решения задачи: выбор использования резервирования или повышение надежности автобусов ГПОТ, т.е. установление наилучшего соответствия между системой и средой в ограниченном расписанием временном пространстве. В исследовании это реализуется с помощью пространственно-временного подхода.
Для достижения поставленной в работе цели на основе анализа ранее проведенных исследований были сформулированы следующие задачи.
- Развить концепцию пространственно-временного подхода к формированию эффективности и качества перевозочного процесса применительно к влиянию низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах.
- Раскрыть механизм формирования регулярности движения городских маршрутных автобусов под влиянием низкотемпературных условий, учитывая приспособленность автобусов к ним, посредством использования пространственно-временного подхода.
- Выявить факторы, влияющие на изменение регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации.
- Установить закономерности влияния низких температур окружающего воздуха и сложности маршрута на изменение коэффициента регулярности движения автобусов. Произвести оценку приспособленности автобусов исследуемых марок и моделей к низкотемпературным условиям эксплуатации.
- Разработать математическую модель, учитывающую влияние на коэффициент регулярности движения автобусов температуры воздуха, с учетом сложности маршрута.
- Определить численные значения параметров математических моделей, описывающих исследуемый процесс.
- Разработать методику повышения регулярности движения городских маршрутных автобусов, основанную на установленных закономерностях.
- Внедрить результаты исследований в практику и определить их экономическую эффективность.
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям. В ней изложена общая методика исследований, реализация пространственно-временного подхода к процессу формирования регулярности движения автобусов, рассмотрены вопросы отбора факторов, значимых для формирования регулярности движения автобусов на городских маршрутах, разработаны гипотезы о виде математических моделей, описывающих исследуемые процессы.
Использование пространственно-временного подхода открывает новые возможности решения задач, связанных с влиянием условий эксплуатации на формирование регулярности движения автобусов на городских маршрутах. Для автобусов работающих на городских маршрутах вводится понятие приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации по регулярности движения. Приспособленность автобуса к условиям эксплуатации представляется как его качество, развернутое в пространстве. С учетом этого, определение приспособленности автобусов к условиям эксплуатации можно сформулировать следующим образом. Приспособленность – свойство автобуса сохранять значения показателей качества и эффективности на номинальном уровне при отклонении условий эксплуатации от стандартных.
Показатели качества работы автобусов, в том числе показатели регулярности движения автобусов, зависят не только от условий их эксплуатации, но и от приспособленности автобусов на маршрутах к этим условиям. Чем выше приспособленность, тем ниже уровень негативного влияния этих факторов на транспортный процесс, что определяет повышение регулярности движения автобусов.
Схематично реализация пространственно-временного подхода к процессу формирования регулярности движения автобусов на маршрутах 1…n представлена на рис. 1, где процесс изменения регулярности движения автобусов представляет собой так называемый «черный ящик».
Рис. 1. Реализация пространственно-временного подхода к процессу формирования регулярности движения автобусов
Номинальными значениями показателей служат данные нормативных документов, а выходными данными является показатель регулярности движения автобусов на городских маршрутах. Для достижения цели исследования в качестве показателя регулярности движения используется коэффициент регулярности движения автобусов «по отметкам»:
 , (1) | |||
| где | Кр | - | коэффициент регулярности движения маршрутных автобусов, Кр = [ 0 ; 1 ]; |
| Zрфакт | - | количество фактически выполненных рейсов за день, рейсов; | |
| Zрплан | - | количество рейсов запланированных на день, рейсов. | |
Согласно стандарта Р 3112178-0343-95 чем значение Кр ближе к единице, тем выше уровень регулярности движения автобусов на маршрутах, а значение Кр равное нулю свидетельствует об отсутствии предоставления транспортной услуги.
Для зимнего периода года характерна относительная стабильность пассажиропотоков на городских маршрутах (в полном объеме совершаются трудовые и учебные поездки, отсутствуют перераспределения автобусов на пригородные дачные маршруты), интенсивность использования автобусов постоянна, количество рейсов городских маршрутных автобусов обычно планируется для вариантов будних и для выходных (праздничных) дней. Таким образом, планируемое количество рейсов городских маршрутных автобусов представляет собой константу в течение продолжительного периода времени. Количество сорванных автобусных рейсов (или их доля от общего числа) является случайной величиной, поэтому Кр так же является случайной величиной.
В результате отбора факторов, значимо влияющих на изменение Кр, установлено, что в зимних условиях на формирование эффективности и качества работы автомобилей основное влияние оказывает температура окружающей среды. При этом механизм влияния температуры воздуха на показатель регулярности движения автобусов на маршрутах можно описать посредством рассмотрения процесса формирования отказов под воздействием температурного фактора. Исследования, проведенные учеными ТюмГНГУ также свидетельствуют о том, что при понижении температуры воздуха в зимних условиях от -10 °С до -40 °С увеличивается величина параметра потока отказов как для автомобиля в целом, так и для отдельных их агрегатов. В диапазоне от -10 °С до 0 °С численное значение параметра потока отказов автомобилей возрастает, на что влияет ухудшение дорожных и транспортных условий в переходный сезон года. Таким образом, можно констатировать, что существует рациональный с диапазон температуры воздуха (около –10 °С), для которого показатель параметра пока отказов близок к минимуму. По данным ранее выполненных работ, регулярность движения автобусов на 85 – 90 % определяется наличием сходов автобусов с линии по причине технических отказов. Отсюда – обратный, по отношению к зависимости = f (tв,°С), механизм формирования показателя регулярности движения автобусов на городских маршрутах в зимних условиях.
На рис. 2 представлена последовательность формирования гипотезы о виде математической модели влияния температуры окружающего воздуха на коэффициент регулярности движения автобусов.
 |
Рис. 2. Формирование гипотезы о влиянии температуры окружающего воздуха на коэффициент регулярности движения автобусов
Среди других факторов, оказывающих существенное влияние на снижение величины КР автобусов, в качестве наиболее значимого принят фактор сложности маршрута. Анализ показал, что сложность автобусного маршрута эффективно описывается посредством коэффициента сложности маршрута, предложенного НИИАТ:
 , | (2) | |||||
| где |  | - | коэффициент сложности маршрута; | |||
 | - | среднее значение коэффициента наполняемости автобусов; | ||||
 | - | скорость сообщения на маршруте, км/ч; | ||||
 | - | число остановочных пунктов на маршруте; | ||||
 | - | число остановок по причинам ПДД на маршруте; | ||||
 | - | количество перекрестков на маршруте; | ||||
 | - | длина маршрута, км. | ||||
В исследовании принято ограничение – учитываются только сходы автобусов с маршрута, как наиболее сложный вид нарушения движения автобусов, с точки зрения восстановления движения; опоздания – не учитываются, к тому же допустимое отклонение от расписания устанавливает заказчик перевозок, что не всегда объективно; недовыпуски автобусов так же не учитываются, так как они исключены в обследуемых предприятиях; восстановленные рейсы для построения моделей не учитываются.
Целевой функцией управления приспособленностью ГПОТ к изменению условий эксплуатации является сохранение максимального значения коэффициента регулярности движения автобусов на городских маршрутах в изменяющихся низкотемпературных условиях эксплуатации с учетом сложности маршрута (Кр 1).
При разработке общего вида математических моделей, описывающих влияние низких температур воздуха и коэффициента сложности маршрута на коэффициент регулярности движения автобусов, были выдвинуты две рабочие гипотезы. В качестве основы для выдвижения гипотез послужили работы ученых ТюмГНГУ по моделированию влияния температуры воздуха на изменение интенсивности изнашивания и формирования потока отказов агрегатов, с учетом вида типичных математических моделей приспособленности.
1. Изменение коэффициента регулярности движения автобусов в зимний период описывается квадратичной моделью приспособленности вида:
Кр = Кр max – St (tв – tвопт)2, (3)
| где | Кр | - | коэффициент регулярности движения автобусов; |
| Крmax | - | значение Кр маршрутных автобусов при оптимальной температуре окружающего воздуха; | |
| St | - | параметр чувствительности Кр автобусов к изменению температуры окружающего воздуха, 1/оС2; | |
| tв | - | фактическая температура окружающего воздуха, оС; | |
| tвопт | - | температура воздуха, при которой Кр маршрутных автобусов достигает максимального значения. |
2. Изменение коэффициента регулярности движения автобусов на маршрутах, трасса которых характеризуется коэффициентом сложности маршрута, в зимний период описывается линейной моделью приспособленности вида:
, (4)
| где | Кр | - | коэффициент регулярности движения автобусов; |
| a | - | параметр модели; | |
| Sсл | - | параметр чувствительности Кр автобусов к изменению сложности маршрута; | |
| Ксл | - | коэффициент сложности маршрута. |
По физическому смыслу параметр чувствительности характеризует интенсивность изменения Кр автобусов на маршрутах при изменении температуры окружающего воздуха (St) и сложности маршрута (Sсл), а по геометрическому смыслу отражает кривизну и наклон линий на графиках. Для количественной оценки приспособленности автобусов на маршрутах к низкотемпературным условиям эксплуатации может служить поправка на приспособленность (D), которая показывает на сколько значение Кр отличается от своего номинального значения Кр.ном. В соответствии с правилами организации пассажирских перевозок и отраслевым стандартом Кр.ном = 1.
Двухфакторная аддитивная модель изменения Кр автобусов в зимний период на главных эффектах получена путем совместного учета моделей, предложенных в рамках гипотез 1, 2 и описывается моделью вида:
, (5)
| где | Кр | - | коэффициент регулярности движения автобусов; |
| b | - | параметр модели при Ксл min, tв tвопт. |
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям. Целью проведенного пассивного эксперимента является проверка выдвинутых рабочих гипотез, определение численных значений параметров математических моделей и проверка их адекватности. В ходе проведения экспериментальных исследований представленные выше рабочие гипотезы подтвердились. Следует отметить, что указанные математические модели справедливы лишь для отрицательных значений температуры воздуха в зимний период.
Для определения численных значений параметров математических моделей и проверки их адекватности были проведены статистические исследования отчетности МУПГТ «Тюменьгортранс» о факте выполнения запланированных рейсов маршрутными автобусами различных марок и моделей в низкотемпературных условиях (2001-2007 гг.).
Для получения экспериментальных данных о количестве выполненных маршрутными автобусами рейсов в г. Тюмени использовалось следующее оборудование: система диспетчерского управления АСДУ-А (Екатеринбург), система контроля регулярности движения маршрутизированного транспорта «СКАД» (УКП-6И); аппаратура индуктивной низкочастотной связи для контроля за регулярностью движения автобусов на городских маршрутах «Дистон»; стационарный линейный диспетчерский пункт (3 ед.); передвижной линейный диспетчерский пункт (2 ед.). Объем выборки экспериментальных данных определялся с учетом доверительной вероятности 0,9 и относительной ошибки 0,1.
Численные значения коэффициента корреляции характерные для модели (3) составили 0,83...0,97, коэффициента детерминации 0,69...0,94, значения дисперсионного отношения Фишера больше табличных значений F-критерия для доверительной вероятности 0,9, что свидетельствует об адекватности модели (3) результатам эксперимента. Средняя ошибка аппроксимации для полученных моделей находится в пределах 9,3... 10,8 %, то есть не превышает допустимые пределы.
На рис. 3 представлен вид типичных графических изображений полученной зависимости (3).
Рис. 3. Влияние низкотемпературных условий эксплуатации на коэффициент регулярности движения автобусов на маршрутах
Анализ зависимости (3) показал, что полученные в результате обработки экспериментальных данных кривые можно проклассифицировать по признаку чувствительности регулярности движения автобусов к изменению температуры воздуха на три класса:
- Класс А - влияние низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах высоко (St >= 0,2910-3). На этих маршрутах эксплуатировались автобусы марок ЛиАЗ 677 и Икарус 280.
- Класс Б - влияние низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах имеется и его необходимо учитывать (St = [0,1810-3; 0,2810-3]). На этих маршрутах эксплуатировались автобусы марки ЛиАЗ 5256.
- Класс В - влияние низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах незначительно (St = [0; 0,1710-3]). На этих маршрутах эксплуатировались автобусы марки ЛиАЗ 52563.
С учетом полученных результатов оценки приспособленности к эксплуатации в низкотемпературных условиях по признаку регулярности движения, городские маршрутные автобусы были классифицированы на 3 группы (с высоким, средним и низким уровнем приспособленности). Основой для определения группы приспособленности послужили нормативы отраслевого стандарта Р 3112178-0343-95, где определено, что маршрутная эксплуатация автобусов находится на образцовом уровне при отсутствии снижения регулярности (Кр = 0), на хорошем уровне при снижении Кр до 0,05, на удовлетворительном при снижении Кр в диапазоне от 0,05 до 0,12 и на неудовлетворительном уровне при снижении Кр более чем на 0,12, табл. 1.
Таблица 1
Уровни приспособленности автобусов
к низкотемпературным условиям эксплуатации по регулярности движения
| Характеристики | Значение характеристик для автобусов различного уровня приспособленности | ||
| низкий | средний | высокий | |
| Поправка на приспособленность, D | более 0,12 | от 0,05 до 0,012 | до 0,05 |
| Марка, модель автобусов | ЛиАЗ - 677, Икарус - 280 | ЛиАЗ - 5256 | ЛиАЗ - 52563 |
Численные значения параметров модели (4) для маршрутов различной сложности приведены в табл. 2. Коэффициент корреляции составил 0,89...0,96, а коэффициент детерминации 0,79...0,92. Значения дисперсионного отношения Фишера, больше табличных значений F-критерия для доверительной вероятности 0,9, что свидетельствует об адекватности модели (4) результатам эксперимента. Средняя ошибка аппроксимации для полученных моделей находится в пределах 8,1... 9,7 %.
Таблица 2
Численные значения параметров математической модели (4)
в условиях tв = -20 °С
| Уровень приспособленности автобусов | Численные значения параметров | |
| Параметр модели a | Параметр чувствительности Sсл | |
| Высокий | 1,26 | до 0,31 |
| Средний | 1,37 | 0,31 - 0,62 |
| Низкий | 1,54 | более 0,63 |
На рис. 4 приведено графическое изображение зависимости (4) для автобусов низкого уровня приспособленности.
 | Рис. 4 Влияние сложности маршрута в зимний период на изменение коэффициента регулярности движения автобусов низкого уровня приспособленности |
Анализ зависимости (4) показал, что при понижении температуры окружающего воздуха темп снижения коэффициента регулярности движения автобусов в большей степени увеличивается для случаев эксплуатации на маршрутах большей сложности. Наибольший темп снижения Кр наблюдается для автобусов низкого уровня приспособленности по регулярности движения на маршрутах.
Для математической модели (5) численные значения коэффициента корреляции указывает на достаточную полноту учета факторов в модели и подтверждает результаты предварительного отбора. Значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений F-критерия для доверительной вероятности 0,9, что свидетельствует об адекватности модели (5) результатам эксперимента. Средняя ошибка аппроксимации не превышает допустимые пределы. В табл. 3 приведен характерный пример численных значений параметров модели (5) для автобусов различного уровня приспособленности, работающих на маршрутах различной сложности характеризуемых коэффициентом сложности маршрута Ксл, в условиях различных диапазонов низких температур воздуха, определенные на основе эксперимента.
Таблица 3
Численные значения параметров математической модели (5)
| Уровень приспособленности автобусов | Параметр модели, b | Температура воздуха оптимальная, 0С | Параметры чувствительности | Коэффициент корреляции | Дисперсионное отношение Фишера | Критерий Фишера F0,9 | Средняя ошибка аппроксимации, % | |
| St, 1/оС 2 | Sсл | |||||||
| Высокий | 1,48 | - 8 | 0,00020 | 0,50 | 0,95 | 15,68 | 3,5 | 9,9 |
| Средний | 1,50 | -10 | 0,00022 | 0,56 | 0,93 | 7,56 | 3,5 | 9,2 |
| Низкий | 1,52 | -12 | 0,00024 | 0,60 | 0,94 | 8,19 | 3,5 | 9,7 |
На рис. 5 приведен пример графического изображение зависимости влияния температуры окружающего воздуха и сложности маршрута, модель (5).
 | Рис. 5. Совместное влияние сложности маршрута и температуры воздуха (при tв = 0... -35 °С) на коэффициент регулярности движения автобусов низкого уровня приспособленности |
Установлено, что при увеличении значения коэффициента сложности маршрута регулярность движения автобусов обычно уменьшается. При понижении температуры окружающего воздуха темп снижения регулярности движения автобусов прогрессирует для всех моделей автобусов, но в разной степени. Максимальный темп снижения регулярности движения автобусов на маршрутной сети характерен для автобусов модели ЛиАЗ 677, минимальный - для автобусов ЛиАЗ 52563.
В результате статистического анализа установлено, что с понижением температуры воздуха и увеличением коэффициента сложности маршрутов Кр автобусов различных моделей на различных маршрутах может уменьшаться от 0 до 55 %.
Четвертая глава посвящена разработке методик практического использования результатов исследований.
На основе полученных закономерностей была разработана «Методика повышения регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации с учетом сложности маршрута», предусматривающая:
- прогнозирование сходов городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях с учетом сложности маршрута (позволяет планировать возможное количество нарушений движения автобусов зимой, рис. 6);
Рис. 6. Укрупненная схема работы городского транспорта
с использованием резерва автобусов
- расчет необходимого количества резервных маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях с учетом сложности маршрута;
- реализацию результатов исследований в прикладном программном обеспечении.
При использовании «Методики повышения регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации» регулярность движения автобусов на отдельных маршрутах в зимой 2006-2007 гг. на маршрутах г. Тюмени увеличилась на 1…7 %.
Анализ ранее выполненных работ показал, что потребное число резервных автобусов в основном определяется двумя факторами: числом ходовых автобусов в эксплуатации и частотой возникновения сбоев в движении. Известна зависимость для определения числа резервных автобусов. С учетом доли рейсов, компенсированных оперативным управлением, потребность в резерве определяется по формуле (6):
| Арез = Ас D(1-Dопер) | , | (6) | |||
| где | Арез | - | необходимое резервное количество автобусов, авт.; | ||
| Ас | - | списочное количество автобусов в парке, авт.; | |||
 | - | коэффициент выпуска парка; | |||
| D | - | доля рейсов, не выполняемая из-за сходов автобусов (по результатам моделирования, с учетом низкотемпе-ратурных условий и сложности маршрута); | |||
| Dопер | - | доля рейсов, компенсированная оперативным управлением. | |||
Содержание резервных автобусов – это дорогостоящее мероприятие, поэтому необходимо максимально использовать методы оперативного управления городскими автобусами на маршрутах Доля рейсов, компенсированная оперативным управлением, характеризует эффективность работы оперативного управления без существенного ущерба для КТОП (Dопер= [0;1]). К методам оперативного управления относят раздвижку интервалов движения автобусов, укорачивание маршрута и другое. Принято ограничение: опоздания автобусов являются незначительными сбоями движения на маршруте и не требуют привлечения резервных транспортных средств.
Полученные зависимости влияния низких температур окружающего воздуха и сложности маршрута на изменение коэффициента регулярности движения автобусов на городских маршрутах позволяют с достаточной точностью осуществлять планирование сходов маршрутных автобусов с линии в зимних условиях. Долю рейсов в общем числе, не выполняемых из-за сходов автобусов с маршрута, можно определить, используя формулы (5) и (7).
 , | (7) | |||
| где | Кр | - | расчетный коэффициент регулярности движения маршрутных автобусов с учетом влияния низкотемпературного фактора и сложности маршрута; | |
В практическом использовании удобнее пользоваться формулой (8).
 | , | (8) | |||
| где | kкорi | - | коэффициент корректирования (учитывает низкотемпе-ратурные условия и сложность маршрутов) соответствующего уровня приспособленности. | ||
Значения коэффициента корректирования количества резервных автобусов для низкотемпературных условий эксплуатации представлены в таблице 4.
Таблица 4
Коэффициент корректирования количества резервных автобусов
в низкотемпературных условиях для Dопер=0,7
| Температура воздуха, оС | Уровень приспособленности автобусов | Коэффициент корректирования (Ккор) количества резерва автобусов | ||
| Сложность маршрутов Ксл | ||||
| 0,94 - 1,10 | 1,11 - 1,30 | 1,31 - 1,44 | ||
| от -21 до -25 | Высокий | 1,01 | 1,04 | 1,06 |
| Средний | 1,04 | 1,07 | 1,09 | |
| Низкий | 1,10 | 1,15 | 1,18 | |
| от -26 до -30 | Высокий | 1,03 | 1,05 | 1,08 |
| Средний | 1,06 | 1,09 | 1,13 | |
| Низкий | 1,19 | 1,23 | 1,27 | |
| от -31 до -35 | Высокий | 1,04 | 1,07 | 1,10 |
| Средний | 1,15 | 1,20 | 1,25 | |
| Низкий | 1,23 | 1,29 | 1,32 | |
| от -36 до -40 | Высокий | 1,06 | 1,08 | 1,12 |
| Средний | 1,19 | 1,24 | 1,28 | |
| Низкий | 1,30 | 1,37 | 1,39 | |
Резервирование городских маршрутных автобусов способствует повышению регулярности движения автобусов на городских маршрутах. Повышение регулярности движения автобусов способствует повышению совокупного народнохозяйственного результата.
По данным МГИУ, планируемая доля увеличения объема перевозок рассчитывается с помощью коэффициента повышения объема перевозок от резервирования, формула 9.
 , | (9) | |||
| где | КQ | - | коэффициент повышения объема перевозок от резервирования; | |
| Кнов | - | ожидаемый коэффициент регулярности движения автобусов после внедрения резервирования; | ||
| Кст | - | реальный коэффициент регулярности движения автобусов. | ||
Для зимнего периода 2006-2007 гг. расчетный рост доходов составил Д = 8700 руб. на 1 авт., а экономический эффект полученный путем вычета дополнительных затрат, составил Э = 480 руб. на 1 авт. (по ценам 1 кв. 2007г.).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
- Решена научно-практическая задача, направленная на повышение регулярности движения городских маршрутных автобусов в зимний период путем установления и практического использования закономерностей влияния низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения автобусов на маршрутах.
- Предложен вариант развития концепции пространственно-временного подхода к формированию эффективности и качества перевозочного процесса ГПОТ применительно к влиянию низких температур воздуха на регулярность движения автобусов на городских маршрутах.
- Раскрыт механизм формирования регулярности движения городских маршрутных автобусов под влиянием низкотемпературных условий, учитывая приспособленность автобусов к ним, посредством использования пространственно-временного подхода.
- Установлено, что основными факторами условий эксплуатации, определяющими изменение величины коэффициента регулярности движения автобусов на городских маршрутах в зимний период являются температура окружающего воздуха и сложность маршрута.
- На основе аналитических исследований определен вид однофакторных математических моделей, описывающих влияние на коэффициент регулярности движения автобусов температуры окружающего воздуха и коэффициента сложности маршрута. Зависимость влияния температуры окружающего воздуха на изменение величины коэффициента регулярности движения автобусов в зимний период описывается квадратичной моделью приспособленности. Зависимость влияния на тот же показатель сложности маршрута - линейной моделью приспособленности. Определены уровни приспособленности исследуемых марок и моделей автобусов, работающих на городских маршрутах к низкотемпературным условиям эксплуатации.
- Разработана двухфакторная аддитивная математическая модель на главных эффектах, учитывающая влияние низкотемпературных условий эксплуатации и сложности маршрута на коэффициент регулярности движения автобусов различной приспособленности.
- Экспериментально определены численные значения параметров полученных математических моделей, подтверждена их адекватность. Установлено, что высокий уровень приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации по регулярности движения на городских маршрутах характерен для автобусов модели ЛиАЗ-52563, средний уровень приспособленности – для автобусов модели ЛиАЗ-5256, низкий уровень приспособленности – для автобусов модели ЛиАЗ-677 и Икарус-280. Анализ результатов эксперимента показал, что при понижении температуры окружающего воздуха темп снижения коэффициента регулярности движения автобусов в большей степени увеличивается для случаев эксплуатации на маршрутах большей сложности. Наибольший темп снижения Кр наблюдается для автобусов низкого уровня приспособленности по регулярности движения на маршрутах.
- На основе полученных закономерностей разработана Методика повышения регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации, которая так же реализована в прикладном программном обеспечении.
- Результаты исследований внедрены в МУПГТ «Тюменьгортранс». Экономический эффект составляет 480 руб. на 1 автобус.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.
- Ярков С.А. Повышение регулярности движения городских маршрутных автобусов в низкотемпературных условиях эксплуатации [Текст] / Ярков С.А. // Транспорт Урала. – №1 (12), 2007 – С 134-136.
- Ярков С.А. Проблемы снижения регулярности движения городских маршрутных автобусов зимой [Текст] / Ярков С.А. // Автотранспортное предприятие. – №3, 2007 – С 33-34.
- Ярков С.А. Исследование приспособленности автобусов различных моделей к использованию в зимних условиях по показателям безотказности [Текст]/ Ярков С.А., Петров А.И.// Транспортный комплекс 2002. Матер. науч.-практ. семинара международ. выставки-ярмарки «Город 2002»: Сб. науч. тр. – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2002. – С. 157.
- Резник Л.Г. Приспособленность городских маршрутных автобусов к низкотемпературным условиям эксплуатации по потоку отказов [Текст] / Резник Л.Г., Петров А.И., Ярков С.А. // Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях. Матер. региональной науч.-практ. конф. – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2003. – С. 99-103.
- Ярков С.А. Влияние низких температур окружающего воздуха на регулярность движения городского автобусного транспорта общего пользования [Текст] / Ярков С.А., Петров А.И. // Матер. регион. науч.-практ. конф. – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2003. – С. 132-134.
- Ярков С.А. Управление качеством пассажирских перевозок в суровых климатических условиях (на примере г. Тюмени) [Текст] / Ярков С.А., Петров А.И. // Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков. Матер. 8-ой международ. науч.-практ. конф. – Пенза, 2003. – С. 126-127.
- Петров А.И. Учет при управлении качеством пассажирских перевозок суровости климатических условий [Текст] / Петров А.И., Ярков С.А. // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура. Матер. международ. науч.-практ. конф., Книга 1 – Омск, 2003. – С. 177-178.
- Ярков С.А. Анализ отказов автобусов ЛиАЗ-677 тюменского МУ ПАТП №1 в условиях низких температур воздуха [Текст] / Ярков С.А., Петров А.И. // Проблемы создания и эксплуатации автомобилей и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего севера. Матер. международ. науч.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров: Сб. науч. тр. – Омск: Издательство «ЛЕО», 2003. – С. 121-122.
- Ярков С.А. Учет транспортных условий при совершенствовании эксплуатации городских маршрутных автобусов в условиях низких температур воздуха // Новые технологии – нефтегазовому региону. Матер. второй регион. науч. пр. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2003. – С.157.
- Ярков С.А. Повышение качества перевозок пассажиров на городских автобусных маршрутах с помощью оперативного участкового глазомерного метода обследования пассажиропотоков [Текст] / Ярков С.А. // Проблемы качества и эксплуатации транспортных средств. Матер. 3 международ. науч.-техн. конф.: сб. науч. тр. Ч. 2 – Пенза, 2004. – С. 406 – 409.
- Ярков С.А. Оптимизация использования показателя регулярности движения автобусов на маршруте в различных условиях применительно к системе пассажирского транспорта [Текст] / Ярков С.А.// Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта. Матер. региональной науч.-практ. конф., Ч. 2 – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2004. – С. 158-161.
- Ярков С.А. Закономерности изменения показателя регулярности движения городских маршрутных автобусов в зимних условиях [Текст]/ Ярков С.А., Петров А.И.// Матер. 4-ой региональной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых – Тюмень: Вектор Бук, 2005. – С. 22.
- Ярков С.А. Особенности эксплуатации городских маршрутных автобусов в условиях низких температур окружающего воздуха [Текст] / Ярков С.А. // Автомобиль и техносфера. Труды 4 международ. науч.-практ. конф.: электрон. опт. диск – Казань, 2005. – С. 557 - 561.
- Ярков С.А. Влияние низкотемпературных условий эксплуатации на регулярность движения городских маршрутных автобусов в городах нефтегазового комплекса [Текст] / Ярков С.А. // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. // №1, 2007 – С. 62 - 63.
