Optymalizacja sieci transportowych - Janusz Woch.pdf

(2660 KB) Pobierz
Microsoft Word - 00_OST.doc
Spis tre Ļ ci i Wprowadzenie
JANUSZ WOCH
OPTYMALIZACJA SIECI TRANSPORTOWYCH
Katowice, 2002
Ost0-1
Spis tre Ļ ci i Wprowadzenie
Spis tre Ļ ci
1.
Zapis matematyczny i wybrane poj ħ cia w ksi ĢŇ ce Steenbrinka (1978)..........................7
Optymalizacja................................................................................................................7
1.1.1.
Definicja zagadnienia optymalizacyjnego................................................................7
1.1.2.
Techniki optymalizacyjne.........................................................................................8
Potoki w sieci...............................................................................................................13
1.2.1.
Grafy i sieci.............................................................................................................13
1.2.2. Potoki w sieciach....................................................................................................17
1.2.3. Potoki wielowymiarowe.........................................................................................18
Bibliografia.........................................................................................................................21
2. Transport wg Steenbrinka. (1978)................................................................................23
2.1. Transport – opis systemu.............................................................................................23
2.1.1. Sie ę transportowa....................................................................................................23
2.1.2. Popyt na transport...................................................................................................23
2.1.3. Równowaga w sieci transportowej.........................................................................25
2.1.4. Wyznaczanie ruchu.................................................................................................29
2.1.4.1. Zagadnienie wyznaczania ruchu...........................................................................29
2.1.4.2. Metody rozwi Ģ zania zagadnienia wyznaczania ruchu..........................................30
2.1.4.3. Inne aspekty wyznaczania ruchu...........................................................................30
2.2. System opisowy i normatywny....................................................................................31
2.2.1. Wprowadzenie....................................................................................................... 31
2.2.2. Wyznaczanie opisowe i normatywne....................................................................31
2.2.2.1. Ró Ň nica mi ħ dzy wyznaczaniem opisowym i normatywnym................................31
2.2.2.2. Paradoks Braessa...................................................................................................33
2.2.2.3. Zmniejszanie ró Ň nicy mi ħ dzy wyznaczaniem opisowym a normatywnym...........34
Bibliografia.........................................................................................................................35
3. Zagadnienie optymalizacji sieci transportowej wg Steenbrinka (1978).......................37
3.1. Optymalne planowanie przestrzenne...........................................................................37
3.2. Optymalna infrastruktura transportu przy danym wykorzystaniu terenu....................38
3.2.1. Zmienne decyzyjne.................................................................................................38
3.2.2. Funkcja celu............................................................................................................39
3.2.2.1. Uwagi ogólne.........................................................................................................39
3.2.2.2. Korzy Ļ ci konsumenta w planowaniu transportu....................................................40
3.2.3. Warunki ograniczaj Ģ ce............................................................................................45
Bibliografia.........................................................................................................................46
4.
Znane metody optymalizacji sieci transportowej wg Steenbrinka (1978)....................49
4.1.
Postawienie problemu..................................................................................................49
Programowanie matematyczne....................................................................................50
4.3. Podział i ograniczenia..................................................................................................53
4.3.1. Metoda podziału i ogranicze ı .................................................................................53
4.3.2. Metoda Ridleya podzbiorów ograniczonych..........................................................55
4.3.3. Algorytm podziału i ogranicze ı Ochoa-Rosso i Silvy...........................................57
4.3.4. Algorytm podziału i ogranicze ı Chana..................................................................59
4.3.5. Algorytm podziału i powrotów Ochoa-Rosso i Silvy............................................61
4.3.6. Zastosowanie algorytmu podziału i ogranicze ı do problemu ogólnego................63
4.3.7. Omówienie technik podziału i ogranicze ı ..............................................................65
4.4. Techniki heurystyczne.................................................................................................66
4.4.1.
Istota podej Ļ cia heurystycznego..............................................................................66
4.4.2.
Eliminacja współzale Ň no Ļ ci na etapie wst ħ pnym...................................................67
Ost0-2
1.1.
1.2.
4.2.
Spis tre Ļ ci i Wprowadzenie
Metoda Barbiera......................................................................................................72
4.4.3.1. Oryginalne metoda Barbiera..................................................................................72
4.4.3.2. Rozszerzenie metody Barbiera przez Haubricha...................................................74
4.4.4.
Programowanie współdziałaj Ģ ce.............................................................................76
4.4.5.
Struktura hierarchiczna...........................................................................................77
Agregacja................................................................................................................78
4.4.7. Dekompozycja lub podział......................................................................................78
Bibliografia.........................................................................................................................79
5. Nowa metoda Steenbrinka (1978) wyznaczania iteracyjnego według najmniejszej
warto Ļ ci marginalnej funkcji celu.................................................................................83
5.1. Uwagi wst ħ pne............................................................................................................83
5.2. Dekompozycja problemu.............................................................................................83
5.3. Warunki istnienia optymalnego rozwi Ģ zania problemu głównego..............................85
5.4. Metody rozwi Ģ zania problemu głównego....................................................................88
5.4.1. Wyznaczanie iteracyjne..........................................................................................88
5.4.2. Poprawno Ļę otrzymanego rozwi Ģ zania...................................................................88
5.4.3. Parametry metody...................................................................................................93
5.5. Zastosowanie normatywnego wyznaczania ruchu a wyznaczanie opisowe i
mechanizm opłat..........................................................................................................95
5.6. Zastosowanie metody do maksymalizacji korzy Ļ ci społecznych...............................97
5.7. Niektóre badania w przypadku sieci o małych rozmiarach.......................................100
5.7.1. Uwagi wst ħ pne......................................................................................................100
5.7.2. Ocena rozwi Ģ zania przy wypukłej, kwadratowej funkcji celu.............................101
5.7.3. Wra Ň liwo Ļę rozwi Ģ zania na zmiany parametrów ruchu.......................................104
5.7.4. Działanie metody w przypadku funkcji odcinkami wypukłych...........................111
Bibliografia.......................................................................................................................117
6. Projektowanie efektywno Ļ ci eksploatacji sieci kolejowej na bazie SOUT według
Wocha (1986)..............................................................................................................119
6.1. Wprowadzenie do Systemu Oceny Układów Torowych SOUT na podstawie Wocha
(2001).........................................................................................................................119
6.2. Przepustowo Ļę zło Ň onych w ħ złów torowych a efektywno Ļę wykorzystania sieci
kolejowej....................................................................................................................122
6.2.1.Ocena opó Ņ nie ı i czasów czekania w ruchu kolejowym a ocena płynno Ļ ci ruchu.122
6.2.2. Charakterystyki czasów czekania i płynno Ļ ci ruchu odst ħ pów w ħ złowych (wypukłe
i wkl ħ słe funkcje intensywno Ļ ci)......................................................................................130
Bibliografia.......................................................................................................................136
7.
Oryginalne uj ħ cie optymalnej intensywno Ļ ci jako charakterystyki przepustowo Ļ ci i
efektywno Ļ ci wykorzystania sieci kolejowej według Wocha (1986).........................139
7.1. Charakterystyki jako Ļ ci usług przewozowych...........................................................139
7.2. Ruch kolejowy...........................................................................................................141
7.3. Sie ę kolejowa a jako Ļę ruchu.....................................................................................144
7.4. Przepustowo Ļę praktyczna a płynno Ļę ruchu.............................................................144
7.4.1. Jako Ļę ruchu a przepustowo Ļę sieci......................................................................144
7.4.2. Efektywno Ļę wykorzystania układu – optymalna intensywno Ļę ruchu................150
7.5. Straty jako Ļ ci ruchu a zb ħ dne koszty eksploatacyjne kolei.......................................153
7.6. Nowe uj ħ cie efektywno Ļ ci rozwoju sieci kolejowej..................................................154
8.
System Oceny Układów Torowych – SOUT – narz ħ dzie kształtowania efektywno Ļ ci
wykorzystania sieci kolejowej według Wocha (1986)...............................................161
Ost0-3
4.4.2.1. Ci Ģ głe dopasowywanie optymalne.........................................................................68
4.4.2.2. Wybieranie najbardziej obiecuj Ģ cych projektów...................................................69
4.4.3.
4.4.6.
Spis tre Ļ ci i Wprowadzenie
8.1.
Zało Ň enia informatyczne SOUT...........................................................................161
8.2.
Przykłady wymiarowania składników sieci kolejowej.........................................169
9.
Projektowanie sieci kolejowej według Wocha (1986).............................................181
9.1.
Projektowanie systemu idealnego czy iteracyjna metoda diagnostyczna...............181
9.2.
„W Ģ skie gardła” kolei – miejsce powstawania zb ħ dnych kosztów społecznych
kolei.........................................................................................................................183
Globalna ocena efektywno Ļ ci w stanie istniej Ģ cym jako Ņ ródło rozwi Ģ za ı programu
rozwoju ekonomicznego kolei................................................................................185
9.4. Programowanie organizacji przewozów kolejowych.............................................186
9.5. Uporz Ģ dkowanie oczekiwanych „w Ģ skich gardeł” kolei – fizyczne a ekonomiczne
warto Ļ ci oczekiwanych zb ħ dnych kosztów społecznych kolei..............................189
9.6. Jako Ļę usług przewozowych a nakłady inwestycyjne...........................................192
9.7. Schemat programowania rozwoju sieci kolejowej.................................................194
9.8. Techniczne uwarunkowania zastosowa ı nowych metod programowania rozwoju sieci
kolejowej.................................................................................................................198
9.8.1. Zło Ň ono Ļę informacyjna ruchu kolejowego..........................................................198
9.8.2. Kierunki rozwoju systemów informatycznych wspomagaj Ģ cych programowanie
rozwoju kolei.........................................................................................................200
9.9. Zasadnicze ró Ň nice mi ħ dzy tradycyjnym a nowym uj ħ ciem zagadnie ı optymalnego
rozwoju sieci kolejowej.............................................................................................201
Bibliografia.......................................................................................................................203
10. Przepustowo Ļę zło Ň onych w ħ złów a efektywno Ļę wykorzystania sieci transportowej
według Wocha (1998a)...............................................................................................205
10.1 Charakterystyki zło Ň onych w ħ złów transportowych................................................205
10.2. Funkcje kolejek a funkcje płynno Ļ ci ruchu..............................................................207
10.3. Dekompozycja sieci transportowej na modele symulacyjne w ħ złów......................217
10.4. Ogólny algorytm optymalizacji sieci transportowej w uj ħ ciu dualnym.................221
11. Zarys polityki transportowej dla województwa katowickiego według Wocha z
zespołem (1998d).......................................................................................................225
11.1. Analiza systemu transportowego województwa katowickiego.......................225
11.2. Przykład analizy efektywno Ļ ci ruchu miejskiego w centrum Katowic...........225
11.2.1. Opis potoków ruchu w centrum Katowic.............................................................225
11.2.2. Charakterystyki potoków ruchu ronda katowickiego, w ħ zeł A w godzinie
szczytowej.............................................................................................................228
11.3. Charakterystyki projektowanych potoków ruchu w ħ zła A w godzinie
szczytowej.................................................................................................................230
11.4.
Charakterystyki potoków ruchu w ħ zła L w godzinie szczytowej...................232
11.5.
Charakterystyki potoków ruchu w ħ zła H w godzinie szczytowej...................233
Charakterystyki sumaryczne w ħ złów A, L, H , w godzinie szczytowej..........234
11.7. Analiza efektywno Ļ ci zmian organizacji ruchu przy zało Ň eniu dodatkowych
kosztów eksploatacyjnych........................................................................................235
11.8. Analiza efektywno Ļ ci zmian organizacji ruchu przy zało Ň eniu dodatkowych
nakładów inwestycyjnych.........................................................................................235
11.9. Podsumowanie i wnioski................................................................................237
11.10. Zarys polityki transportowej dla województwa katowickiego.......................239
11.10.1. Diagnoza stanu istniej Ģ cego – synteza............................................................239
11.10.2. Strategia zrównowa Ň onego rozwoju województwa katowickiego..................240
11.10.3. Cele szczegółowe............................................................................................241
11.10.4. Wnioski organizacyjne....................................................................................242
Bibliografia.......................................................................................................................243
Ost0-4
9.3.
11.6.
Spis tre Ļ ci i Wprowadzenie
WPROWADZENIE
Optymalizacja sieci transportowych jest nowym podr ħ cznikiem Politechniki ĺ l Ģ skiej
do nowego przedmiotu dla specjalno Ļ ci IN ņ YNIERIA RUCHU kierunku TRANSPORT
Politechniki ĺ l Ģ skiej w Katowicach. W tej dziedzinie podstawowym podr ħ cznikiem jest
ksi ĢŇ ka Steenbrinka (1978), która dalej jest pierwsz Ģ pozycj Ģ literaturow Ģ , mimo upływu
ę wier ę wieku od jej pojawienia si ħ . Poniewa Ň ksi ĢŇ ka Steenbrinka (1978) poza
fragmentami odnosz Ģ cymi si ħ do opisu mocy ówczesnych komputerów, zupełnie nie
straciła na aktualno Ļ ci, dlatego wst ħ pne rozdziały oparto na ksi ĢŇ ce Steenbrinka (1978),
co jest dobrym wst ħ pem do optymalizacji sieci transportowych.
W dziedzinie teorii transportu mamy dwie zwi Ģ zane teorie: teoria potoków ruchu,
dotycz Ģ ca oceny przepustowo Ļ ci dróg transportowych oraz druga teoria dotycz Ģ ca
optymalizacji sieci transportowych., bez manifestacji teoretyczno Ļ ci zagadnie ı . Autor
dotychczas czuł si ħ zwi Ģ zany z teori Ģ potoków ruchu, jako, Ň e dotychczasowa działalno Ļę
naukowa dotyczyła metod oceny przepustowo Ļ ci sieci kolejowej, gdzie w roku 1974
zaproponował nowe poj ħ cie optymalnej intensywno Ļ ci ruchu zast ħ puj Ģ cej dotychczasowe
poj ħ cie przepustowo Ļ ci (patrz np. Woch, 1974, 1975, 1976, 1978, 1983, 1986, 1989,
1993, 1998, 2001), po zbudowaniu pierwszych modeli symulacyjnych Monte Carlo
w ħ złów torowych.. Na tej podstawie powstały w latach 70., 80., i 90. nowe metody oceny
przepustowo Ļ ci sieci kolejowej, oparte na modelach symulacyjnych Monte Carlo
typowych układów torowych, nazywane metodami soutowskimi, poniewa Ň do stosowania
tych metod zbudowany został w zapleczu naukowo - badawczym Polskich Kolei
Pa ı stwowych w latach 70., 80. i 90. odpowiedni system informatyczny, nazwany przez
autorów: Barona i Wocha (1975) Systemem Oceny Układów Torowych - SOUT.
W zapleczu naukowo - badawczym PKP SOUT jest narz ħ dziem optymalizacji sieci
kolejowej PKP oraz optymalizacji ruchu kolejowego, mi ħ dzy innym słu Ň y do
optymalizacji organizacji ruchu kolejowego na czas zamkni ħę torowych.
W głównym nurcie rozwoju SOUT w latach 1981 – 86 system zostaje wykorzystany
do optymalizacji sieci kolejowej PKP i rozszerzony z sieci Ļ l Ģ skiej, wtedy bardzo g ħ stej
sieci kolejowej, na cał Ģ sie ę PKP. Zaplecze naukowo – badawcze PKP w tych latach
opracowuje zało Ň enia rozwoju sieci kolejowej PKP do roku 1995 (a wi ħ c z
dziesi ħ cioletnim horyzontem planowania), przy zało Ň eniu dwukrotnego wzrostu
wydobycia w ħ gla! Z dzisiejszej perspektywy zało Ň enie to szokuje, ale takie były wtedy
wizje rozwoju naszego górnictwa. Natomiast dla nowych metod optymalizacji sieci
kolejowej było to bardzo ciekawe do Ļ wiadczenie badawcze, wymagaj Ģ ce rozszerzenia
SOUT z Zakładu ĺ l Ģ skiego CNTK na O Ļ rodek Bada ı Ekonomiki Transportu oraz
Kolprojekt, co wymagało zapewnienia du Ň ej niezawodno Ļ ci oprogramowania SOUT,
działaj Ģ cego w ró Ň nych warunkach technicznych ró Ň nych o Ļ rodków informatyki PKP.
Ró Ň ne zespoły badawcze wymusiły powstanie specjalnych wersji oprogramowania
SOUT, słu ŇĢ cego do oblicze ı masowych. W ramach tych prac powstaje nowa metoda
optymalizacji sieci kolejowej oparta na metodach soutowskich, przedstawiona przez
Wocha w roku 1981 i 1983 a nast ħ pnie zweryfikowanej formie, w roku 1986. Metody
soutowskie wykorzystane do optymalizacji sieci kolejowej w latach 80., przedstawione
zostały w rozdziałach 6, 7, 8, i 9, na podstawie pracy Wocha (1986). Z punktu widzenia
teorii optymalizacji sieci transportowych s Ģ to metody heurystyczne: wyboru najbardziej
obiecuj Ģ cych projektów i jak wykazuje Steenbrink (1978), prowadz Ģ ce do
nieoptymalnego rozwoju sieci transportowej.
Ost0-5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin