Особенности транспортных систем

Транспортная система в наиболее общем случае - это образующая связана целая совокупность работников, транспортных средств оборудования, элементов транспортной инфраструктуры и инфраструктуры субъектов перевозки, включая систему управления, которая направлена на эффективное перемещение грузов и пассажиров.

Инфраструктура - это физические компоненты транспортной системы, которые занимают фиксированное положение в пространстве, которые создают транспортную сеть, включающую связи (сегменты автомобильных и железных дорог, трубопроводов и т.п.) и узлы (пересечения сегментов дорог, терминалы различного назначения и т.д.). Важной задачей инженера соответствующего профиля является обеспечение необходимой пропускной способности связей и узлов, их технологической соответствии потокам грузов и пассажиров, обслуживаемых для своевременного обеспечения потребностей экономики и населения.

Эффективность транспортной системы не может рассматриваться только в рамках достижения оптимальности выполнения соответствующих процессов внутри системы. Основными задачами транспортной системы является удовлетворение потребности экономики в перевозках грузов и обеспечение мобильности населения. В связи с этим эффективность транспортной системы будет определяться каким-то балансом между противоречивыми требованиями экономики и общества. Ярким примером является желание пассажира, чтобы транспорт подъехал к остановке, как только пассажир подошел к ней, и желание перевозчика установить такой интервал движения, чтобы транспортные средства всегда были заполнены полностью и принося, максимальный доход. Таким образом, для построения эффективной транспортной системы необходимо познания в области транспорта сочетать с экономикой, градостроительством, географией, экологией, социологией и психологией.

В автотранспортной системе как транспортные средства используются автомобили. Классификация автотранспортных систем может быть выполнена по различным признакам. По объекту перевозки они могут быть грузовые, пассажирские или грузопассажирские, относительно сферы использования - общего пользования или внутрипроизводственные и т.д. Классификация автотранспортных систем по уровню сложности приведена на рис. 4.

Рис.4 Укрупненная классификация автотранспортных систем по уровню сложности

Специальные транспортные системы предназначены для решения конкретных задач, возникающих при необходимости перевозок особых грузов или организации транспортного сообщения в особых условиях. Примерами таких систем могут быть контейнерная транспортная система, система доставки пассажиров в аэропорт и т.п.

Функциональная структура транспортной системы приведена на рис. 5 (Горев). В общем случае на первом уровне выделяют производственную и управляющую системы. В производственной системе выделяются следующие подсистемы:

• технологическая - обеспечивает выполнение основных функций транспортной системы;

• обеспечивающая - выполняет функции, которые сопровождают транспортные процессы;

• восстанавливающая - выполняет функции по поддержанию элементов системы в работоспособном состоянии.

• вспомогательная подсистема обеспечивает выполнение функций, связанных с общей работой системы (кадровая, учетная и т.д.).

Рис.5 Функциональная структура транспортной системы

В целом подсистемы обеспечивают выполнение процессов для достижения цели функционирования системы. Управляемость системы поддерживается за счет наличия обратных связей, передают информацию о соответствии цели результатам выполнения процессов и функционирования подсистем.

Характерной чертой функционирования транспортных систем является циклический характер их работы. Начальной точкой рабочего цикла транспортной системы является подача порожнего подвижного состава для выполнения перевозок. При перевозках грузов - это подача подвижного состава под погрузку, на пассажирских - выезд автобуса с конечного пункта на маршрут. В зависимости от технологии выполнения перевозок и организации движения в процессе транспортного цикла могут выполняться различные транспортные процессы, связанные с погрузкой или разгрузкой грузов, посадкой или высадкой пассажиров. Транспортный цикл заканчивается в момент прибытия пустого подвижного состава для погрузки или в момент начала выполнения маршрута пассажирским автобусом.

В реальных условиях на выполнение транспортного цикла влияет существенное количество различных воздействий, возмущающих, большинство из которых носит случайный характер, поэтому основные характеристики транспортного цикла, например его продолжительность, как правило, достаточно нестабильны. С целью их стабилизации необходимо принимать меры для снижения числа возмущающих воздействий. Это, например, организация выделенной полосы движения и приоритетного светофорного регулирования для городского общего транспорта.

Совокупность элементов и связей, образующих транспортную систему, не является постоянной величиной, а зависит от объекта управления и других факторов. Конечно, состав системы определяется позицией «наблюдателя» - обобщающее название исследователя, конструктора, лица, принимающего решения и других аналогичных субъектов, изучающих, создающих систему или управляющих ею. Например, для экспедитора объектом управления является процесс доставки груза, и, с его точки зрения, в транспортную систему войдут грузовладелец, перевозчик, график доставки и т.д. Для перевозчика объектом управления является транспортное средство, поэтому все элементы предметной области, на которые он не может влиять, относятся к среде.

Сложность определения границ транспортной системы увеличивается при увеличении степени ее взаимодействия с другими системами, например, в крупных городах. На рис. 6 схематично показано взаимодействие транспортной системы крупного города с другими системами.

При решении определенных задач управления результат может быть достигнут только при комплексном рассмотрении нескольких систем и их постоянной координации. Так, транспортная система города не сможет успешно развиваться, если в план развития города не будут заложены соответствующие территориальные ресурсы. Сокращение среднего времени поездки пассажиров общественного транспорта невозможно без выделения полос для обособленного движения наземного транспорта, строительства транспортно-пересадочных узлов на станциях скоростного транспорта и т.п. Таким образом, городская транспортная система может успешно функционировать только в условиях тесной координации с другими городскими системами. В реальности эта координация усложняется выбором критериев работы отдельных систем, которые слабо увязаны с результатами функционирования смежных систем.

Рис. 6 Взаимодействие транспортной системы крупного города с другими системами

Рассмотрим особенности транспортной системы как объекта управления. Элементы транспортной системы функционируют в рамках определенной организации транспортных процессов, определяет возможность движения в системе за счет установления в системе связей между ее элементами, определение правил и условий взаимодействия элементов при ее функционировании (например, ПДД при движении автомобилей, договора между участниками транспортного процесса и т.п.). Форма организации транспортных процессов определяется их содержанием: технологии и роли тех или иных процессов в транспортной системе.

Наличие такого элемента транспортной сети, как человек, относит транспортную систему к разряду человеко-машинных, или организационных систем. Активный элемент системы - человек, он обладает способностью к целенаправленному поведению в ситуации, быстро меняется, адаптации к новым условиям функционирования системы. Наличие в системе большого количества людей приводит к формированию коллективного поведения ее участников, складывается как результат достаточно независимого поведения отдельных индивидуумов, стремящихся к достижению собственных целей. Присутствие в объекте управления активных элементов приводит к формированию устойчивых режимов функционирования транспортной системы, поскольку всякое внешнее для объекта возмущения компенсируется на уровне индивидуальных решений субъектов системы. Транспортная система представляет уникальный пример системы с коллективным поведением ее субъектов. В связи с этим коллективное поведение является мощным фактором, формирующим закономерности функционирования транспортной системы. Причем процессы самоорганизации приводят к образованию нескольких уровней устойчивого функционирования системы, образуют иерархическую структуру коллективной адаптации с различной временной стабильностью.

В этом плане можно выделить три следующих структурных уровня:

• распределение мест формирования, обработки и потребления грузов, расселения населения;

• организацию транспортных процессов в сети;

• формирование транспортных потоков на участках сети.

На рис. 7 приведены соответствующие уровни временной стабильности и соответствующие им объекты управления транспортной системы.

Рис.7 Уровни временной стабильности и соответствующие им объекты управления ТС

В результате размещения мест труда, жилых районов и объектов транспортного притяжения в городе устанавливаются определенные транспортные связи, которым соответствуют корреспонденции населения и грузов. Достаточно медленные изменения во времени размещения объектов определяют формирование устойчивых корреспонденций. Перераспределение корреспонденции выполняется при перемене мест работы и жительства, вводе в строй новых транспортных связей и объектов притяжения. Выбор той или иной корреспонденции происходит под действием различных причин экономического и социального характера, важнейшими из которых являются время и комфорт поездки. С другой стороны, высокая стабильность корреспонденций влияет на пути развития транспортной системы.

Транспортные процессы организуют, чтобы установить функциональные связи для всех видов движения в системе. Вероятностный характер функционирования транспортной системы (пробки, простой и т.п.) приводит к необходимости адаптации участников движения, которая осуществляется за счет корректировки корреспонденции, внесение изменений в графики выполнения работ. Адаптация повышает надежность функционирования всех элементов системы, т.е. способствует живучести организации транспортных процессов. Корреспонденции представляются на отрезках сети в форме грузовых, пассажирских, транспортных или пешеходных потоков. Экономическая деятельность приводит к образованию устойчивого движения потоков характеризуется определенными вероятностными изменениями в виде закономерностей изменения грузопотоков, интенсивности движения и т.п. С увеличением загрузки элементов транспортной системы общие закономерности становятся более детерминированными, что является следствием большого влияния ограниченной пропускной способности на процессы адаптации. На каждом из выделенных уровней самоорганизации транспортная система характеризуется собственным набором существенных параметров, по которым происходит адаптация субъектов системы.

С позиции управления рационально все пространство состояний разбить на определенные классы состояний системы, каждому из которых будет соответствовать определенный вид управления. Множество состояний транспортной системы, когда спрос приближается к пропускной способности, является область переходного, неустойчивого состояния системы. Если негативную тенденцию переломить не удалось, то система переходит в новое состояние - отказ функционирования. Особенностью процесса возникновения отказа функционирования системы является высокая скорость приближения к исчерпанию пропускной способности и продолжительность восстановления равновесия между спросом и производительностью, например, процесс возникновения заторов на дорожной сети, в пунктах погрузки-разгрузки и т. п.