Проблема
Городские транспортные компании по всему миру регулярно сталкиваются с проблемой скопления автобусов. Она возникает, когда несколько транспортных средств оказываются в одном месте из-за отклонения в расписании.
Канадское транспортное агентcтво RTC не стало исключением. Каждый день около 600 автобусов компании выполняют более 4000 рейсов. Маршруты с небольшим интервалом движения автобусов составляют 60% всех рейсов, поэтому обеспечение равномерного распределения движения и высокого уровня сервиса для такого объема является сложной задачей.
Используя фактические данные, компания RTC хотела найти решение проблемы скопления автобусов. Для этого она обратилась к SimWell – американо-канадской консалтинговой компании, разрабатывающей бизнес-решения с использованием моделирования, оптимизации и анализа данных. Для своего решения SimWell выбрали имитационное моделирование в AnyLogic.
У RTC было глобальное видение своего проекта с детальными спецификациями и подходом, ориентированным на качество и подразумевающим привлечение заинтересованных лиц. Проект основан на 3 принципах:
- Опора на достигнутые результаты: имитационная модель станет частью более крупного проекта на основе концепции «шести сигм» и поможет тестировать идеи, полученные в результате других видов деятельности.
- Автономность и гибкость: модель может быть самостоятельным приложением, в котором просто менять параметры.
- Управление изменениями: весь проект, включая модель, будет построен с учетом управления изменениями и заинтересованных сторон.
В идеальном мире каждый автобус прибывает на остановку по расписанию, чтобы наиболее эффективно обслуживать пассажиров. В реальности может возникнуть много проблем: пробки на дорогах, «пробелы» и накладки в расписании, неравномерная загрузка автобусов и др. Все это оказывает влияние на пассажиров и отражается на работе всего автобусного маршрута.
Целью проекта было улучшить качество пассажирских перевозок при таком же или более высоком качестве работы водителей автобусов. Используя имитационное моделирование, инженеры хотели протестировать варианты решений и перед их внедрением оценить, как те влияют на пассажиров и водителей.
Решение
Почему AnyLogic?
Одной из целей использования имитационного моделирования для анализа транспортной системы было найти лучшее решение проблемы скопления автобусов. Другая цель заключалась в том, чтобы менеджеры проекта могли наблюдать за экспериментами и проверить, как решения работают «физически», а не на графиках и в таблицах. Интерфейс AnyLogic и возможности 2D и 3D анимации полностью отвечали этим запросам.
Поддержка Java и возможность экспорта модели в отдельное приложение также являются большими преимуществами AnyLogic. С их помощью модель можно запускать на компьютере конечного пользователя без установки самой программы.
Структура модели
В построенную модель из автобусной информационной системы инженеры загрузили исторические данные по:
- геолокации (GPS);
- маршрутам;
- количеству пассажиров;
- вместимости автобусов;
- времени в пути;
- времени перерывов в работе водителей.
Эта информация помогает «воспроизвести» поездку и возможности автобуса. В исторических данных также учтены различные непредвиденные факторы, например пробки на дорогах, работа светофоров, сезонность, увеличенный пассажиропоток и др.
Калибровка процессов внутри модели (время в пути, поведение водителей, число пассажиров на остановках) происходит за счет тех же исторических данных из хранилища RTC.
Валидировать модель помогают расписания из программы для планирования маршрутов – так можно проверить, как часто ходят автобусы, и следуют ли автобусы расписанию.
С помощью AnyLogic вы можете визуализировать данные и использовать эту визуализацию для принятия решений. Модель также позволяет скорректировать расписание, и построить превентивный или корректирующий план действия для центра управления. Кроме того, модель может дать краткий обзор стратегических или технических решений для определения уровня сервиса, изменения режимов работы и др.
Для стандартного сценария инженеры использовали данные 2018–2019 годов (время до пандемии) в качестве исходных. Для анализа других сценариев они использовали данные по:
- Времени стоянки автобуса на каждой остановке (с учетом времени, когда автобус стоит с открытыми дверями, высадки и посадки пассажиров, оплаты проезда, светофоров и др.).
- Скорости появления пассажиров на остановке.
- Вероятности прибытия пассажиров (сколько человек садятся в автобус и выходят из него на разных остановках).
- Времени в пути (по принципу цепи Маркова, время в пути между каждой следующей парой остановок зависит от времени между предыдущими).
Ключевые показатели эффективности (KPI)
KPI, которые отражали бы работу автобусов с небольшим интервалом движения, ранее у RTC не было. Но теперь с помощью имитационного моделирования компания может рассчитать несколько показателей и сравнить их с реальными данными. Например, можно анализировать:
- неравномерность, т.е. отклонение от запланированного интервала движения (%);
- избыточное время ожидания, т.е. дополнительное время ожидания пассажиров (мин./пасс.);
- уровень комфорта пассажиров, который можно рассчитать только в среде моделирования.
Результат
Имитационная модель, созданная инженерами SimWell для компании RTC, позволяет проводить эксперименты с входными данными а также оценивать идеи и их комбинации в поисках лучшего решения для проблемы скопления автобусов.
Инженеры уже планируют следующие шаги и хотят включить игровой модуль для обучения транспортных диспетчеров. Другим нововведением станет оптимизация расписаний на следующие дни на основе доступных ресурсов и прогнозов по результатам моделирования.
Кроме того, возможность создания цифрового двойника позволяет использовать его, чтобы давать водителям рекомендации, как предотвратить скопление автобусов, и что делать, если скопление уже произошло.
RTC и SimWell представили свой проект [англ., PDF] на конференции AnyLogic 2021.
