Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
А. И. Петров
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
НА УСТОЙЧИВОСТЬ
СИСТЕМЫ ПАССАЖИРСКОГО
ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА
Тюмень
ТюмГНГУ
2011
Стр.1
УДК 656.13.072:338
ББК 65.37-80+39.18
П 30
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент Д. М. Новоселов
доктор технических наук, профессор Ш. М. Мерданов
Петров, А. И.
П 30
Влияние внешней среды на устойчивость системы пассажирского
общественного транспорта / А. И. Петров. — Тюмень :
ТюмГНГУ, 2011. — 300 с.
ISBN 978-5-9961-0454-3
В монографии изложены результаты исследований, целью которых
является разработка совокупности теоретических положений, позволяющих
адекватно интерпретировать и моделировать процессы изменения
состояния системы пассажирского общественного транспорта (ПОТ) под
влиянием внешней среды. Представлена концепция формирования устойчивости
системы ПОТ в условиях изменения внешней среды. Приведены
некоторые закономерности, необходимые для реализации концепции
устойчивости системы ПОТ, а также модели этих закономерностей. Рассмотрены
методические вопросы моделирования процессов устойчивости
транспортной системы.
Издание предназначено для руководителей предприятиями транспортной
отрасли, инженерно-технических работников, студентов специальности
190701.65 «Организация перевозок и управление на транспорте
(автомобильный транспорт)» очной и заочной формы обучения.
УДК 656.13.072:338
ББК 65.37-80+39.18
ISBN 978-5-9961-0454-3
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2011
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ………………………………………………………..
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………..
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ………………………………….
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ
ПАССАЖИРСКОГО ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА
….
1.1. Место и роль городского пассажирского общественного транспорта
в обеспечении устойчивого развития города (региона) …
1.1.1. Понятие устойчивого развития города …………………..
1.1.2.
1.1.3. Прогноз изменения места и роли городского
пассажирского общественного транспорта в
обеспечении устойчивого развития города (региона) …
1.1.4. Фактическая ситуация в сфере автомобилизации и
развития ПОТ в городах РФ ……………………………
1.1.5.
1.2. Система городского пассажирского общественного транспорта,
ее целевая функция, элементы и системные связи ……………...
1.2.1. Общие понятия о системах ……………………………….
1.2.2.
1.2.3.
Система ПОТ и ее целевая функция ……………………..
Элементы системы ПОТ и их взаимодействие ……….....
9
11
14
15
15
15
Значение городского пассажирского общественного
транспорта в обеспечении устойчивого развития города
(региона) …………………………………………………… 18
19
22
Существующие проблемы развития ПОТ в РФ ………… 25
35
35
37
46
1.2.3.1. Элемент системы ПОТ «Пассажиры» …………………… 48
1.2.3.2. Элемент системы ПОТ «Перевозчики» ……………….....
1.3. Управление системой ПОТ …………………………………….....
1.3.1. Понятие управления. Суть управления системой ПОТ ...
1.3.2.
Устойчивость функционирования системы.
Необходимость поддержания системы в устойчивом
состоянии ………………………………………………….
3
51
1.2.3.3. Элемент системы ПОТ «Властные структуры» ………… 53
1.2.3.4. Элемент системы ПОТ «Инфраструктура» ……………...
56
59
59
67
Стр.3
1.3.3.
1.3.4.
Классификация задач организации и управления
транспортными системами ……………………………
1.3.4.1. Эффективность функционирования системы ПОТ и ее
элементов …………………………………………………..
1.3.4.2. Качество функционирования системы ПОТ и ее
элементов ……………..........................................................
1.4. Внешняя среда функционирования системы ГПОТ …………….
1.4.1.
Влияние внешней среды на функционирование системы
ПОТ ………………………………………………………...
1.4.2. Анализ ранее выполненных работ по данной тематике ...
1.4.3. Понятие внешней среды функционирования системы
ПОТ. Классификация факторов внешней среды ………...
1.4.4.1. Необходимость раздельной оценки влияния внешней
среды по отношению к различным элементам системы
ГПОТ ……………………………………………………….
1.4.4.3. Количественная оценка влияния погодных условий на
функционирование машин и оборудования ……………..
1.4.4.4. Количественная оценка влияния погодных условий на
людей, субъективное и объективное восприятие ими
суровости погодных условий …………………………
71
Критерии оптимальности управления транспортной
системой …………………………………………………… 73
78
84
92
92
93
98
1.4.4. Показатели факторов внешней среды …………………… 102
108
1.4.4.2. Результаты изучения общих закономерностей
изменения погодных условий в определенном пункте в
течение года ……………………………………………… 109
110
113
1.4.4.5. Концептуальная методология количественной оценки
погодных условий ………………………………………… 115
1.5. Пространственно-временные аспекты функционирования
системы ГПОТ …………………………………………………… 117
1.5.1. Проблема «пространства-времени» ……………………...
1.5.2.
Развитие идей проблематики «пространства-времени» ...
117
119
1.5.3. Пространственно-временные аспекты
функционирования системы ПОТ ……………………..… 122
1.6. Понятие закономерности. Необходимость изучения
закономерностей формирования результативности системы
ПОТ под воздействием внешней среды ………………………… 124
2. НОВАЯ ПАРАДИГМА ОРГАНИЗАЦИИ ФУНКЦИОНИРОВА4
127
Стр.4
НИЯ СИСТЕМЫ ПОТ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
2.1. Принципиальные отличия предлагаемой парадигмы
организации транспортного обслуживания населения от
общепринятой ……………………………………………………..
127
2.2. Основные положения предлагаемой парадигмы транспортного
обслуживания населения в условиях переменной внешней
среды ……………………………………………………………… 128
3. ФОРМИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
КЛАССА «ТЕХНИКА-ПРИРОДА-ОБЩЕСТВО» …………………...
3.3. Приоритет надежности, как показателя качественного
состояния элементов системы …………………………………
3.5. Влияние на модель передачи возмущений особенностей
структуры системы ……………………………………………
Распространение воздействия по системе ……………….
Структурная уязвимость …………………………………..
3.6.4. Предельная надежность системы ………………………...
3.6.5. Показатель глубины поражения системы ………………..
3.1. Основные понятия устойчивости сложных систем ……………..
3.2. Анализ подходов к изучению сложных систем …………………. 146
144
144
151
3.4. Моделирование передачи возмущений от элемента к элементу
системы …………………………………………………………… 152
155
3.6. Структурные характеристики устойчивости систем ……………. 157
3.6.1. Переход к бесконтурному графу ………………………… 157
3.6.2.
3.6.3.
3.7. Необходимость в процессе анализа системы рассмотрения
контура обратной связи …………………………………………
159
160
161
162
163
3.8. Пути повышения устойчивости сложных систем ………………. 167
4. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ………………… 170
4.1. Постановка проблемы ……………………………………………..
4.2. Общая методика исследований …………………………………...
4.3. Понятие научной концепции. Исходные концепции, послужившие
основой для концепции устойчивости системы ПОТ к
влиянию внешней среды ………………………………………….
4.4. Концептуальное моделирование процессов функционирования
системы ПОТ в условиях нестабильной (переменной, суровой)
внешней среды …………………………………………………….
4.4.1. Формально-теоретическое описание процессов функционирования
системы ПОТ (концептуальная модель си5
170
171
174
176
176
Стр.5
стемы ПОТ) ……………………………………………...
4.4.2.
Концепция устойчивости системы ПОТ к влиянию
внешней среды …………………………………………….
4.5. Анализ имеющихся закономерностей изменения состояния системы
ПОТ под влиянием внешней среды. Выявление недостаточно
исследованных закономерностей ……………………….
4.5.1.
4.5.2.
4.5.2.1.
4.5.2.2.
4.5.3.
4.5.3.1.
4.5.3.2.
Закономерности изменения состояния (эффективности,
качества и безопасности) функционирования системы
ПОТ в пространстве (тип А) ……………………………...
Закономерности изменения состояния (эффективности,
качества и безопасности) функционирования системы
ПОТ во времени (тип Б) …………………………………..
Закономерности изменения эффективности функционирования
системы ПОТ во времени (тип Б-1) ….
Закономерности изменения качества и безопасности
функционирования системы ПОТ во времени (типы
Б-2 и Б-3) ………………………………………………..
Количественная оценка изменений внешней среды во
времени и пространстве …………………………………..
Оценка колебаний факторов внешней среды по времени
……………………………………………………..
Оценка колебаний факторов внешней среды в пространстве
………………………………………………..
4.6. Методология повышения устойчивости системы ПОТ к влиянию
внешней среды ……………………………………………….
5. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ
СРЕДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ПОТ
……………………………………………………………..
195
5.1.
Исследования влияния погодно-климатического фактора на
эффективность функционирования системы ПОТ (на примере
ПОТ г. Нефтеюганска) …………………………………………… 195
195
5.1.1. Цель, задачи исследований. Гипотезы. Ограничения …..
5.1.2. Определение значимых для формирования эффективности
перевозочного процесса ГПОТ факторов погодных
условий ……………………………………………………..
5.1.3.
5.1.3.1.
Разработка математических моделей влияния факторов
погодных условий на показатель эффективности перевозочного
процесса ………………………………………..
Однофакторные модели ……………………………….
6
200
200
200
178
184
185
187
187
189
190
190
192
192
Стр.6
5.1.3.1.1.
5.1.3.1.2.
5.1.3.2.
5.1.4.2.
5.1.5.
5.1.5.1.
5.1.5.1.1.
5.1.5.1.2.
5.1.5.2.
Разработка математической модели влияния температуры
окружающего воздуха на объем перевозок
пассажиров за рейс …………………………………….
Разработка математической модели влияния скорости
ветра на объем перевозок пассажиров за рейс …..
Двухфакторная модель ………………………………...
5.1.4. Общая методика экспериментальных исследований …...
5.1.4.1.
Схема методики эксперимента ………………………..
204
207
209
211
211
Инструментарий для сбора, обработки и анализа экспериментальной
информации ………………………… 213
Результаты исследований ………………………………… 219
Однофакторные зависимости влияния погодных
условий на объем перевезенных пассажиров за рейс
….
Зависимости влияния температуры воздуха на объем
перевезенных пассажиров за рейс Qр = f(tв) ………….
Двухфакторные зависимости совместного влияния
температуры воздуха и скорости ветра на объем перевезенных
пассажиров за рейс Qр = f(tв , vв) ………...
5.2. Исследования влияния погодно-климатического и транспортного
факторов на качество функционирования системы ПОТ
(на примере ПОТ г. Тюмени) …………………………………….
5.2.1. Цель, задачи исследований. Гипотезы. Ограничения ….
5.2.2.
5.2.3.
Механизмы влияния погодно-климатического и транспортного
факторов внешней среды на формирование
качества транспортного обслуживания населения ……...
Математические модели влияния погодного и транспортного
факторов на регулярность движения автобусов
5.2.4. Общая методика экспериментальных исследований …...
5.2.5.
5.2.5.1.
5.2.5.1.1.
5.2.5.1.2.
5.2.5.2.
219
219
Зависимости влияния температуры воздуха на объем
перевезенных пассажиров за рейс Qр = f(vв) ………… 226
233
237
237
239
243
245
Результаты исследований ………………………………… 249
Однофакторные зависимости влияния погодноклиматического
и транспортного факторов внешней
среды на регулярность движения автобусов ………… 249
Зависимости влияния температуры воздуха на регулярность
движения автобусов R = f(tв) ……………….
Зависимости влияния сложности маршрута на регулярность
движения автобусов R = f(Ксл) ……………..
Двухфакторные зависимости совместного влияния
7
249
255
258
Стр.7
температуры воздуха и сложности маршрута на регулярность
движения автобусов R = f(tв ; Ксл) ……….
5.3. Исследования влияния социально-экономического фактора на
эффективность функционирования системы ПОТ ……………...
5.3.1. Цель, задачи исследований. Гипотезы. Ограничения ….
5.3.2.
5.3.3.
260
260
Механизмы влияния социально-экономического фактора
внешней среды на формирование эффективности
функционирования системы ПОТ ………………………..
5.4. Исследования влияния социально-экономического фактора на
качество функционирования системы ПОТ ……………………..
5.4.1. Цель, задачи исследований. Гипотезы. Ограничения ….
5.4.2.
5.5. Пути практического использования закономерностей влияния
внешней среды на состояние ПОТ ……………………………….
262
Математические модели влияния социальноэкономического
фактора внешней среды на формирование
эффективности функционирования системы ПОТ … 264
273
273
Механизмы и математические модели влияния социально-экономического
фактора внешней среды на формирование
качества функционирования системы ПОТ …… 275
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ………………………………… 285
281
284
8
Стр.8
ПРЕДИСЛОВИЕ
Важнейшей задачей современного периода, стоящей перед российским
обществом в настоящее время, является поиск путей модернизации
социально-экономических механизмов жизни страны. При этом под модернизацией
понимается и повышение эффективности экономики, и совершенствование
качества жизни граждан РФ и множество других аспектов
бытия.
Задача эта многогранная, допускающая в зависимости от выбранной
целевой функции большое многообразие вариантов решения. Уже сейчас
ясно, что в рамках данного направления чрезвычайно важно стремиться к
повышению эффективности экономики. Не менее важной задачей является
повышение качества жизни граждан России. Реализовать обе эти задачи
можно лишь в условиях обеспечения безопасности.
Применительно к пассажирскому транспорту все три эти задачи
необходимо решать одновременно. Между тем, сделать это достаточно
сложно, т.к. сама природа формирования эффективности, качества и безопасности
перевозочного процесса носит противоречивый характер. При
повышении эффективности перевозочного процесса зачастую снижается
качество транспортных услуг для населения и, наоборот, при повышении
качества эффективность перевозочного процесса резко снижается по причине
роста затрат. Безопасность транспортного процесса, в свою очередь,
также является ограничителем по отношению к эффективности и играет
противоречивую роль по отношению к качеству транспортного обслуживания.
Являясь, по сути, элементом качества транспортного обслуживания,
безопасность в то же время является по отношению к ней антагонистом.
При повышении безопасности, например, снижается скорость передвижения
пассажиров в пространстве, что отрицательно влияет на качественные
характеристики перевозочного процесса.
На формирование фактических характеристик эффективности, качества
и безопасности перевозочного процесса пассажирского автомобильного
транспорта влияет внешняя среда. Влияние это зачастую носит негативный
характер и в значительной степени снижает показатели эффективности,
качества, безопасности транспортного процесса. Однако до сих пор
влияние внешней среды на пассажирский общественный транспорт изучено
слабо и практически не учитывается при организации транспортного
процесса на практике. Отдельные методики повышения эффективности и
качества транспортного процесса в условиях, отличающихся от стандарт9
Стр.9
ных, конечно же, существуют уже давно, но носят частный характер. На
системном же уровне данная тематика практически не прорабатывалась.
Научное направление, разрабатываемое автором и представленное в
рамках данной монографии, призвано ликвидировать сложившуюся в данной
области знаний ситуацию отсутствия системного подхода в решении
проблем эксплуатации пассажирского общественного транспорта в условиях
негативного влияния внешней среды. Данное научное направление
основано на использовании концепции устойчивости системы ПОТ в условиях
негативного влияния внешней среды.
Исследования в области изменения эффективности и качества пассажирских
перевозок под влиянием внешней среды проводятся в ТюмГНГУ с
2000 г. По итогам проведенных на кафедре ЭАТ под руководством проф.
Резника Л.Г. и доц. Петрова А.И. исследований по данной тематике подготовлено
и защищено две кандидатских диссертации. Ярковым С.А. в 2007
г. защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук по теме «Влияние низкотемпературных условий эксплуатации
на регулярность движения городских маршрутных автобусов», Свистуновой
В.А. в 2010 г. защищена диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук по теме «Совершенствование перевозочного
процесса городского пассажирского общественного транспорта производственных
моногородов (на примере г. Нефтеюганск)». В настоящий момент
к
защите кандидатской диссертации готовится
Яковенко Е.А., работающая по тематике «Формирование результативности
общественного транспорта под влиянием маркетингового фактора
внешней среды».
Данная работа обобщает некоторые результаты аналитических и
экспериментальных исследований, а также методики практического использования,
полученные в рамках заявленного научного направления.
10
Стр.10