Кіріспе

Көлік моделі құру. Жолды тағайындау, бағытты таңдау немесе трафик тағайындау – көлік желілерінде бастапқы және соңғы нүктелер арасындағы бағыттарды (немесе жолдарды) таңдау мәселесін қамтиды. Бұл дәстүрлі көлік болжау моделінің төртінші қадамы, сапарларды жасау, сапарларды бөлу және көлік түрін таңдаудан кейін орындалады. Сапарларды бөлудің аймақтық алмасу талдауы бастапқы және соңғы нүктелерге қатысты сапар кестелерін ұсынады. Көлік түрін таңдау талдауы қай жолаушылар қандай көлік түрін пайдаланатынын анықтайды. Құрылыстардың қажеттілігін, шығындарын және пайдасын анықтау үшін желідегі әрбір бағыт пен бөлімдегі жолаушылар санын білу қажет (бағыт – бастапқы және соңғы нүктелер арасындағы бөлімдер тізбегі). Сондықтан, трафик (немесе сапар) тағайындауын жүзеге асыру керек. Мысалы, тас жолдар мен қоғамдық көлік жүйелері бар және оларға жаңа нысан салу жоспарлануда. Біз ең алдымен қазіргі трафик кешігуін білгіміз келеді, содан кейін жаңа нысан салынса не болады деп болжаймыз.

Ұзақ уақыттан бері қолданылып келе жатқан әдістер

Әр маршрут бойынша қанша пайдаланушы бар екенін бағалау мәселесі ұзақ жылдар бойы шешілмей келді. Жоспарлаушылар автожолдар мен экспресс-жолдар салына бастаған кезде оған ерекше назар аудара бастады. Автожолдар жергілікті көшелер жүйесімен салыстырғанда жоғары деңгейдегі қызмет көрсетті және жергілікті жүйеден трафиктің бір бөлігін өздеріне аударды. Алғашқыда трафикті аудару тәсілі қолданылды. Саяхат уақытының арақатынасы пайдаланылды, бірақ бұл есептеулерге шығындар, жайлылық және қызмет деңгейі сияқты факторлар да ескерілді. Чикаго аймақтық көлік зерттеу орталығының (CATS) ғалымдары автожолдар мен жергілікті көшелер үшін трафикті аудару қисықтарын жасады. Калифорнияда да көп жұмыс жасалды, себебі Калифорния автожолдарды жоспарлауда алғашқы тәжірибе жинақтаған. Трафикті аудару жұмысынан басқа, CATS күрделі желілермен жұмыс істегенде туындайтын техникалық мәселелерді де шешуге тырысты. Соның нәтижесінде желілердегі ең қысқа жолды табуға арналған Беллман-Форд-Мур алгоритмі жасалды. Трафикті аудару тәсілі шеше алмаған мәселе – байланыстар мен маршруттардағы трафик мөлшерінен туындайтын кері байланыс еді. Егер көп көлік бір нысанды пайдалануға тырысса, онда тығырындар пайда болып, саяхат уақыты ұзарады. Кері байланысты ескеруге мүмкіндік болмағандықтан, ертедегі жоспарлау зерттеулері (іс жүзінде, 1960-1975 жылдар аралығындағы көптеген зерттеулер) кері байланысты назарға алмады. Олар Мур алгоритмін ең қысқа жолды анықтау үшін қолданды және барлық трафикті ең қысқа жолға бағыттады. Бұл «барлығы немесе ештеңе» тағайындамасы деп аталады, себебі i нүктесінен j нүктесіне барған барлық трафик маршрут бойынша өтеді немесе өтпейді. «Барлығы немесе ештеңе» немесе ең қысқа жолға тағайындамасы техникалық есептеулер тұрғысынан оңай емес. Әрбір трафик аймағы n-1 аймаққа қосылған, сондықтан көптеген жолдарды қарастыру қажет. Сонымен қатар, бізді байланыстардағы трафик көлемі қызықтырады. Бір байланыс бірнеше жолдың бөлігі болуы мүмкін, ал жолдардағы трафик байланыс бойынша жинақталуы керек. «Барлығы немесе ештеңе» тәсілін қолдауға болады. Бұл былай түсіндіріледі: жоспарлау зерттеуі инвестицияларды қолдау үшін жасалған, осылайша барлық байланыстардағы қызмет деңгейі жоғары болады. Жоспарланған қызмет деңгейіне сәйкес саяхат уақытын пайдалану арқылы есептеулер, жақсартулар енгізілгеннен кейін трафик қалай ағынын көрсетеді. Байланыстардағы трафик көлемін білгеннен кейін, қажетті қызмет деңгейін қамтамасыз ету үшін қамтамасыз етілуі тиіс қуатты есептеуге болады.

Эвристикалық рәсімдер

Жол қозғалысының уақытына және қозғалыс тепе-теңдігіне тигізетін әсерін ескере отырып, бірнеше эвристикалық есептеу процедуралары әзірленді. Бір эвристика кезеңдемелі түрде жүзеге асырылады. Тағайындалатын қозғалыс бөліктерге бөлінеді (әдетте 4). Қозғалыстың бірінші бөлігін тағайындаңыз. Жаңа уақытты есептеп, қозғалыстың келесі бөлігін белгілеңіз. Барлық қозғалыс тағайындалғанға дейін соңғы қадам қайталанады. CATS осыған ұқсас нұсқаны қолданды; ол O-D кестесінде қатар бойынша тағайындады. FHWA компьютерлік бағдарламалар жинағындағы эвристика басқаша жолмен жүреді. 0. Барлық немесе ештеңе процедурасын қолданып, барлық қозғалысты жүктеуден бастаңыз. 1. Нәтижесіндегі уақытты есептеп, қозғалысты қайта тағайындаңыз. 2. Енді салмақтарды қолдана отырып қайта тағайындауды бастаңыз. Алдыңғы екі жүктемедегі салмақталған уақытты есептеп, келесі тағайындауда пайдаланыңыз. Соңғы итерация 0,25 салмағын, ал алдыңғысы 0,75 салмағын алады. 3. Жалғастырыңыз. Бұл процедуралар "жақсы" жұмыс істейді, бірақ олар нақты емес.

Саяхат таңдауын біріктіру

Қалалық көлік жоспарлау моделі қадамдар жиынтығы ретінде қалыптасты, осы қадамдарды орындау қажет болды, және әр қадам үшін қолданылатын модельдер дамыды. Кейде, Лаури моделінің алғашқы тұжырымында болғандай, қадамдардың ішінде де қадамдар кездеседі. Кейбір жағдайларда қадамдарды біріктіру мүмкін екені байқалды. Жалпы алғанда, қадамдар бір мезгілде қабылданатын шешімдерден абстракция жасайды, және талдау кезінде оны жақсырақ бейнелеуге ұмтылу қажет. Дисагрегатталған сұраныс модельдері алғаш рет режимді таңдау мәселесін шешу үшін жасалды. Бұл мәселе сапарға шығу туралы шешім қабылданғанын, сапардың қайда бағытталатынын және қандай уақытта жасалатынын болжайды. Олар кең ауқымды контексті қарастыру үшін де қолданылды. Әдетте, ішкі модель жасалады, мысалы, сапар жасау ықтималдығынан бастап, содан кейін бағыттарды таңдау және одан кейін режимді таңдау қарастырылады. Сапар уақытын қарастыру біршама қиын. Уилсонның екі рет шектелген энтропия моделі жиынтық деңгейдегі ізденістердің бастапқы нүктесі болды. Бұл модельде шектеу бар, мұнда – байланыс жолдарының құны, – байланыстағы трафик көлемін көрсетеді, ал С – модельді деректермен сәйкестендіру кезінде анықталатын ресурстық шектеу. Осы шектеу түрін пайдаланудың орнына, трафик тағайындау кезінде қолданылатын монотонды өсетін кедергі функциясын қолдануға болады. Нәтиже аймақтар арасындағы қозғалысты анықтайды және трафикті желілерге тағайындайды, бұл жүйенің қалай жұмыс істейтінін түсіну тұрғысынан мағыналы. Балама ретінде, байланыс кедергісі функциясын мақсатты функцияға қосуға болады (және жалпы құн функциясын шектеулерден алып тастауға болады). Жалпылама дисагрегатталған таңдау тәсілі, сондай-ақ жалпылама агрегатталған тәсіл дамыды. Басты мәселе – олардың арасындағы байланыс. Макромодельді қолданғанда, ол қандай мінез-құлықты көрсететінін білуге ниеттейміз. Егер біз микроталдау жүргізсек, талдаудың жиынтық салдары қандай болатынын білуге тырысамыз. Уилсон, бастапқы және баратын жерлердің тартымдылығы туралы ақпарат беретін салмақты параметрлері бар, гравитациялық модельге ұқсас модельді шығарады. Көп математика қолданбай, тартымдылыққа негізделген таңдау ықтималдығын сипаттауға болады, және бұл дисагрегатталған сұраныс модельдерінің кейбір түрлеріне ұқсас келеді.

Жол сұранысын маршрутты тағайындаумен біріктіру

Саяхат сұранысына желілік ұсыныстың әсер ететіндігі бұрыннан мәлім. Бұрын болмаған жерде жаңа көпірдің салынуының мысалы ғасырлар бойы қосымша көлік қозғалысын тудыратыны байқалған. Осы құбылысты болжау жүйесіне тікелей ескеруге мүмкіндік беретін әдістерді әзірлеуге көптеген зерттеулер жұмсалды. Эванс (1974) ауырлық тарату моделі мен тепе-теңдікке тағайындау моделінің математикалық тұрғыдан қатаң үйлесімділігі туралы докторлық диссертация жариялады. Бұл интеграцияның алғашқы сілтемесі – Флориан және авторлардың айтуынша, Ирвин мен Фон Кубтың жұмысы (1975), олар Эванстың жұмысына қатысты мына пікірді білдірді: «Эванстың жұмысы Ирвин мен Фон Кубтың ["Көп саяхат режиміндегі тапсырма бағдарламаларындағы сыйымдылық шектеуі" H. R. B. Bulletin 347 (1962)] Торонто қаласының көлік зерттеуі үшін әзірлеген алгоритмдеріне ұқсас. Олардың жұмысы жүктеме тығыздығы мен сапар тарату арасындағы кері байланысқа мүмкіндік береді, бірақ олар тізбектелген процедураларды қолданады. Тарату мәселесінің бастапқы шешімінен бастап, аймақаралық сапарлар бастапқы ең қысқа маршруттарға тағайындалады. Кезекті итерациялар үшін жаңа қысқа маршруттар есептеледі және олардың ұзындығы тарату моделіне енгізілетін уақыт ретінде пайдаланылады. Жаңа аймақаралық ағындар бұрын анықталған маршруттарға белгілі пропорцияда бөлінеді. Процедура кезекті итерациялардың аймақаралық уақыты дерлік тең болғанда тоқтатылады». Флориан және авторлар біріктірілген тарату-тағайындауды шешу үшін Фрэнк-Вольф алгоритмін тікелей қолданатын сәл өзгеше әдіс ұсынды. Бойс және авторлар (1988) желілік тепе-теңдік проблемалары бойынша зерттеулерді, соның ішінде серпімді сұранысқа ие тағайындауды қорытындылады.

Талқылау

Үш байланысты мәселені графикалық түрде шешу мүмкін емес, ал көлік желісінің көптеген мәселелері көптеген түйіндер мен байланыстарды қамтиды. Мысалы, Eash және басқалар Дупейдж округінің жол желісін зерттеді, онда шамамен 30 000 бір бағытты байланыс және 9 500 түйін болған. Мәселелердің көлемі үлкен болғандықтан, тапсырма мәселесін шешу үшін алгоритм қажет, және Франк-Вольф алгоритмі (алғаш рет жарияланғалы бері түрлі заманауи өзгерістермен) қолданылады. Барлық немесе ештеңе тағайындамасымен бастап, содан кейін Франк-Вольф ережесі бойынша мақсатты функцияның ең төменгі мәніне қарай итерация жасаңыз. (Алгоритм оңтайлы шешімге жуықтасу үшін тікелей қолданылатын мүмкін болатын шешімдерді пайдаланады. Ол есептеуді оңтайлы шешімге жылдам жылжыту үшін тиімді іздеу процедурасын қолданады.) Саяхат уақыты осы бағдарламалау мәселесіндегі қос айнымалыларға сәйкес келеді. Франк-Вольф алгоритмінің 1956 жылы қолжетімді болғаны қызықты. Оның қолданылуы 1968 жылы жасалды, ал алғашқы тепе-теңдік тағайындау алгоритмі кеңінен қолданылатын көлік жоспарлау бағдарламалық құралына (Эмме және Emme/2, Флориан және басқалар Монреальде әзірлеген) енгізілгенге дейін тағы екі онжылдық уақыт кетті. Баяу қолдануды байқаудан ешқандай жалпы қорытынды жасағымыз келмейді, себебі техниканың даму қарқыны мен үлгісіне қатысты кері мысалдар табуға болады. Мысалы, сызықтық бағдарламалау мәселелерін шешуге арналған симплекс әдісі бағдарламалау теориясының көп бөлігі әзірленгенге дейін әзірленді және кеңінен қолданылды. Мәселе тұжырымы мен алгоритм азаматтық инженерияның – гидравлика, конструкциялар және құрылыс салаларында жалпы қолданысқа ие. (Хендрикссон мен Янсон 1984 ж. қараңыз).

Жол таңдаудың эмпирикалық зерттеулері

Маршруттарды тағайындау модельдері, кем дегенде біршама, адамдардың желіде маршрутты қалай таңдайтынына қатысты эмпирикалық зерттеулерге негізделген. Мұндай зерттеулер көбінесе нақты бір көлік түріне бағытталған және айтылған қалау немесе көрсетілген қалау модельдерін қолданады.

Велосипед

Велосипедшілер арнайы велосипед жолдарын ұнататыны және тік көтерілістерден қашысатыны анықталды.

Қоғамдық көлік

Қоғамдық көлік бұрыннан бері маршруттарды жоспарлау және таңдау мәселелерінде қарастырылып келеді, сондай-ақ, осы тақырыпта көптеген зерттеулер жүргізілді. Жолаушылар, басқа факторлармен қатар, жалпы сапар уақытын, жүруге кеткен уақытты немесе қашықтықты, сондай-ақ ауысулар санын азайтуға тырысады.

Жалпы сілтемелер

Дафермос, Стелла. C. және F. T. Sparrow «Жалпы желі үшін трафик тағайындау мәселесі». Рес. Ұлттық стандарттар бюросының зерттеулері, 73B, 91–118 беттер, 1969 жыл. Флориан, Майкл (ред.), «Жол қозғалысының тепе-теңдік әдістері», Спрингер Верлаг, 1976 жыл. Eash, Ronald, Bruce N. Janson және David Boyce «Тепе-теңдік сапар тағайындауы: Практика үшін артықшылықтары мен салдары», Көлік зерттеулерінің жазбалары 728, 1–8 беттер, 1979 жыл. Эванс, Сюзан П. «Сапарды бөлу және тағайындауды біріктіруге арналған кейбір модельдерді тудыру және талдау». Көлік зерттеулері, 10-том, 37–57 беттер, 1976 жыл. Хендрикссон, C. T. және B. N. Janson «Бірнеше құрылыс инженерлік проблемаларына ортақ желілік ағын формуласы». Құрылыс инженерлік жүйелері 1(4), 195–203 беттер, 1984 жыл.