Wielokryterialna ocena wariantów zintegrowanego miejskiego transportu
publicznego
Politechnika Krakowskadr inż. Katarzyna Solecka
Gdańsk 21-22.11.2013
PLAN PREZENTACJI
1. Integracja miejskiego transportu publicznego
2. Metodyka wielokryterialnego wspomagania decyzji (WWD)
3. Zastosowanie WWD do oceny wariantów zintegrowanego miejskiego transportu publicznego w Krakowie.
• Problem decyzyjny• Konstruowanie wariantów• Spójna rodzina kryteriów• Preferencje decydenta• Eksperymenty obliczeniowe
1.Integracja
2. WWD
3. Zastosowanie WWD
4. Podsumowanie
INTEGRACJA - rozwiązania zapewniające „ciągłość” (seamless) podróży "od drzwi do drzwi„ [Janic M.Reggiani A.]
definiowane różnie przez autorów
Pojęcie integracji miejskiego transportu publicznego
Projekt Propolis
Projekt Prospect
Projekt QUATRO
Projekt ISOTOPE
Nea et al.; Potter S., Skinner M.J, Stead D.; Vigar G. i Stead D, Hull,; May A., Kelly C.,
Shepherd S; Janic M. Reggiani A.; itp..
OGÓLNIEProjekt
Voyager
Integracja miejskiego transportu publicznego
Integracja• integracja różnych środków transportu zbiorowego• integracja transportu zbiorowego i indywidualnego• integracja polityki transportowej z innymi politykami dotyczącymi
planowania przestrzennego, inwestycji infrastrukturalnych czy stanowienia cen.
Ekonomiczno – finansowej
Integracja
Przestrzennej
Informacyjnej
Organizacyjnej
Infrastrukturalna
Integracja miejskiego transportu publicznego
Przykłady rozwiązań integracyjnych
• węzły przesiadkowe• wspólne przystanki• wspólne pasy (torowiska tramwajowo-autobusowe)• skoordynowane rozkłady jazdy• wspólny bilet• informacja dla pasażerów
Nantes
Amsterdam
Integracja miejskiego transportu publicznego
Skrócenie czasu podróży
Lepsze wykorzystanie różnych środków transportu
Obniżenie kosztów transportu
Zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska
Poprawa dostępności środków transportu
Poprawa jakości transportu publicznego i życia w mieście
Zwiększenie konkurencyjności transportu publicznego miejskiego w stosunku do transportu indywidualnego
Korzyści integracji miejskiego transportu publicznego
Integracja miejskiego transportu publicznego
1.Integracja
2. WWD
3. Zastosowanie WWD
4. Podsumowanie
7
Wielokryterialne wspomaganie decyzji (WWD)
Pojęcie WWD
Zastosowanie metodyki WWD do oceny ZSMTP pozwala na:
przeprowadzenie kompleksowej oceny ZSMTP z uwzględnieniem różnych aspektów jego funkcjonowania o charakterze: technicznym, ekonomicznym, społecznym, środowiskowym
uwzględnienie sprzecznych interesów wielu podmiotów: władz miejskich, przedsiębiorstw transportowych – operatorów transportu publicznego, zarządu transportu publicznego, pasażerów oraz innych uczestników ruchu
znalezienie rozwiązań kompromisowych satysfakcjonujących te wszystkie podmioty będących wskazaniem/rekomendacją dla decydenta (władz miejskich).
Jedna z intensywnie rozwijających się metod oceny systemu miejskiego transportu publicznego
8
Decydent- określa cele- wyraża preferencje- ocenia ostateczne rozwiązanie
Analityk-posiada wiedzę i
doświadczenie- konstruuje model decyzyjny- dobiera metody i narzędzia
Podmioty zainteresowane danym rozwiązaniemInterwenienci w procesie decyzyjnym np. klienci, zleceniodawcy, społeczność lokalna.
- warianty- kryteria- perefencje
Metoda rozwiązania
Rozwiązanie kompromisowe
Wielokryterialne wspomaganie decyzji (WWD)
9
jest to sytuacja, w której, mając zdefiniowany zbiór działań (decyzji, wariantów) i spójną rodzinę kryteriów, decydent dąży do:
określenia podzbioru działań (decyzji, wariantów) uważanych za najlepsze względem rozważanej rodziny kryteriów
(problem wyboru, optymalizacji),
podziału zbioru działań (decyzji, wariantów) na podzbiory zgodnie z pewnymi normami (problem klasyfikacji albo sortowania),
uszeregowania zbioru działań (decyzji, wariantów) od najlepszych do najgorszych (problem szeregowania, rankingu).
Wielokryterialny problem decyzyjny
Problem decyzyjny: Wielokryterialny problem szeregowania wariantów zintegrowanego systemu miejskiego transportu publicznego (ZSMTP)
1.Integracja
2. WWD
3. Zastosowanie WWD
4. Podsumowanie
Zastosowanie WWD do oceny wariantów ZSMTP w Krakowie
• Problem decyzyjny (zdefiniowanie problemu, identyfikacja uczestników procesu)
• Konstruowanie wariantów (określenie sposobu konstruowania wariantów)
• Spójna rodzina kryteriów (stworzenie definicji kryteriów, określenie kierunku preferencji)
• Preferencje decydenta i interwenientów (określenie wag kryteriów oraz wrażliwości na zmianę wartości wag kryteriów)
• Eksperymenty obliczeniowe (wybór metody, przeprowadzenie eksperymentów z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania)
Cztery etapy postępowania
WŁADZE MIASTA
Operator miejskiego transportu publicznego
Zarząd miejskiego transportu publicznego
Pasażerowie miejskiego transportu publicznego
Inni uczestnicy ruchu
InterwenienciUczestnicy
procesu decyzyjnego
DEC
YDEN
T
Ekspert z zakresu transportu
ANALITYK
Uczestnicy procesu decyzyjnego
Konstruowanie wariantów ZSMTP
Heurystyczne konstruowanie wariantów wspomagane symulacją ruchu
Heurystyczne konstruowanie wariantów Symulacja ruchu
• integracja tylko na istniejącym systemie miejskiego transportu publicznego, • integracja która dopuszcza rozwój systemu transportu publicznego
Konstruowanie w oparciu o zasady kształtowania systemów transportowych
(konstruowanie wariantów ZSMTP polega np. na: wprowadzanie nowych środków transportu publicznego, nowych tras, linii w celu ułatwienia integracji systemu transportowego, wprowadzenie narzędzi integrujących miejski transport publiczny itp.)
• program do makrosymulacji ruchu VISUM
• stworzenie modelu symulacji ruchu dla danego miasta lub wykorzystanie istniejącego
• modelowanie narzędzi integrujących miejski transport publiczny
• uzyskanie szeregu parametrów charakteryzujących miejski transport publiczny
Modelowanie VISUM - przykład:
1. Węzły przesiadkowe:Miejsce gdzie pasażerowie zmieniają środek transportu.
Miejsce w którym współdziałają środki transportu różnych przewoźników.
Td = element czasu przesiadki (czas przesiadki= czas dojścia + czas oczekiwania)
PKP
Td = 7 min
T
Td = 40 s TA
Konstruowanie wariantów ZSMTP
ST3ST4
ST2ST1
ST5
26
25
ST6
24
15
14
2
Nowe pasy-tram.aut
Węzły przesiadakowe wraz z koordynacją rozkładów
Program do makrosymulacji ruchu : VISUM
8 wariantów (modeli) symulacji ruchu zintegrowanego systemu miejskiego transportu publicznego
Konstruowanie wariantów ZSMTP – przykład Kraków
Kryterium miernik służący za podstawę oceny. Powinno umożliwić przede wszystkim ocenę preferencji w związku z decyzją.
Spójna rodzina kryteriów
WYCZERPYWALNOŚĆ OCENY
SPÓJNOŚĆ
NIEPOWTARZALNOŚĆ ZAKRESÓW ZNACZENIOWYCH
Definicja spójnej rodziny kryteriów
- rentowność systemu- koszt inwestycji
KRYTERIA EKONOMICZNE
- przyjazność dla środowiska
KRYTERIA ŚRODOWISKOWE
- średni czas podróży- standard podróży-poziom integracji systemu transportowego- bezpieczeństwo podróży- dostępność systemu
KRYTERIA SPOŁECZNE
- wskaźnik wykorzystania taboru
- niezawodność systemu
KRYTERIA TECHNICZNE
Definicja spójnej rodziny kryteriów
,
Średni czas podróży TP[min.] – kryterium minimalizowane
Przykład - definicji kryteriów
Wskaźnik wykorzystania taboru (WT) [%] – kryterium maksymalizowane
Poziom integracji systemu transportowego PI [%]– kryterium maksymalizowane
M – kategorie środków transportu miejskiegoppm – praca przewozowa m-tej kategorii pojazdów miejskiego transportu publicznego [paskm]ppm
max – maksymalna (możliwa do zrealizowania) praca przewozowa m-tej kategorii pojazdów miejskiego transportu publicznego [paskm]K – narzędzia integracji transportu miejskiegow – współczynnik wagowy
max PI=(𝑤1
𝑎1
𝑎1❑𝑚𝑎𝑥 +𝑤2
𝑎2
𝑎2❑𝑚𝑎𝑥 +…+𝑤6
𝑎6
𝑎6❑𝑚𝑎𝑥 )
𝑤1+𝑤2+…+𝑤6 Wartości poszczególnych elementów integrujących miejski transport publiczny
Przykład - definicji kryteriów
Lp. Nazwa kryterium
Decydent Interwenienci
władze miasta
zarząd transportu miejskiego
operator pasażerowieinni
uczestnicy ruchu
1 Czas podróży X2 Standard podróży X X
3 Wskaźnik wykorzystania taboru X
4 Przyjazność dla środowiska X X X
5Poziom integracjisystemu miejskiego transportu publicznego
X X X X X
6Niezawodność systemu miejskiego transportu publicznego
X X X X
7Bezpieczeństwo podróży (sytuacyjnei ruchu)
X X X
8Rentowność systemu miejskiego transportu publicznego
X
9Dostępność systemu miejskiego transportu publicznego
X
10 Koszty inwestycji X
Model preferencji decydenta
Dwa główne aspekty preferencyjne:
• ważność kryteriów • wrażliwość badanych na zmiany wartości kryteriów.
BADANIA ANKIETOWE WSRÓD ZAINTERESOWANYCH PODMIOTÓW
lub
BADANIA ANKIETOWE WŚRÓD EKSPERTÓW OCENIAJĄCYCH Z PUNKTU WIDZENIA ZAINTERESOWANYCH PODMIOTÓW
Określenie wag kryteriów na podstawie przeprowadzonych badań ankietowych wśród zainteresowanych podmiotów (skala ocen 1 – 7) Przykład: porównanie względem trzech podmiotów
Ważność kryteriów – przykład Kraków
22
metody oparte na relacji przewyższania (np. Electre , Promethee )
metody oparte o wieloatrybutowąteorię użyteczności (np. AHP, UTA )
metody interaktywne/dialogowe (np. LBS )
Wybór metody
Wybór metod
Szkoła europejska. Metody przewyżasznia Szkoła amerykańska. Metody oparte o teorie użyteczności
Modelowanie preferencji decydenta odbywa się za pomoca relacji przewyższania, która dopuszcza występowanie nieporownywalności wariantów, czyli decydent nie jest wstanie wskazać lepszego z dwóch wariantów (electre, promethee).Model preferencji decydenta tworzony poprzez określenie progów:
równoważności qi, preferencji pi, veta vi, oraz współczynników ważności kryteriów wi.
W modelu tym obowiązuje zasada qi<pi<vi.
Polega na agregowaniu różnych kryteriów do jednej optymalizowanej addytywnej funkcji użyteczności. Zakłada że wszystkie warianty są porównywalne czyli dla każdej pary wariantów decydent zawsze wybierze preferencję lub uzna je za równoważne (metoda ANP, AHP). Modelowanie preferencji odbywa się za pomocą porównań parami wariantów, kryteriów podkryteriów.
PRZYDATNOŚĆ I WYBÓR METODY
Właściwościproblemu decyzyjnego
AHP UTAElectre III
Promtehee
IIANP
Oreste
Mappac
Kompensacyjno
-koniunkcyj
na
Zbiór wariantów - mały + - + + + + + +Decydenci - jeden + + + + + + + +Charakter informacji -deterministyczna + + + + + + + +Rodzaj informacji - kardynalna + - + + + - - +Problematyka decyzyjna – problem szeregowania + + + + + + + +Odległość pomiędzy wariantami mierzona ilościowo - istotne + + - + + - - +Cechy metodyŁatwość tworzenia modelu preferencji (+ łatwy, - trudny) + - - + + + - +Pracochłonność (+ mała, - duża,) - - + + - + - +Przyjazność dla użytkownika (+ przyjazna, - nieprzyjazna) + - + + - - - +Powszechność stosowania na świecie (+ powszechna, - mało powszechna)
+ - + + + - - -
Graficzne przedstawienie wyników (+ tak, - nie) + - + + + + - -
Suma punktów 10 4 9 11 9 7 4 9
3.Jeden wspólny ranking
uwzględniający interesariuszy oraz decydenta
2.Jeden wspólny ranking dla
wszystkich interesariuszy oraz osobny ranking dla
decydenta
PODEJŚCIA W RANGOWANIU WARIANTÓW
1.Osobne rankingi dla wszystkich zainteresowanych podmiotów
oraz decydenta – wybór najlepszego
Przykłądowe programy do rozwiązywania problemów wielokryterialnego wspomagania decyzji:
EXPERT CHOICE, MakeITRational (metoda AHP)
Electre III/IV (metoda Electre III)
Visual Promethee (metoda Promethee II)
Super Decision (metoda ANP)
EKSPERYMENTY OBLICZENIOWE – Przykład – Kraków - METODA AHP
Podejście I- Model preferencji pasażerów/a miejskiego transportu publicznego
Indeks spójności = 0,03
Bezwzględne współczynniki ważności (użyteczności) kryteriów uzyskane metodą AHP
EKSPERYMENTY OBLICZENIOWE – METODA AHP
Porównanie wariantów względem kryterium K1
Uszeregowanie wariantów względem kryterium K1.
EKSPERYMENTY OBLICZENIOWE – METODA AHP
Macierz funkcji użyteczności wariantów względem poszczególnych kryteriów
Uszeregowanie końcowe wariantów
EKSPERYMENTY OBLICZENIOWE – METODA AHP
W5AW6W5W2W4W3W1W0
W5AW6W5W2W3W4W1W0
2. Wspólny interesariusze
EKSPERYMENTY OBLICZENIOWE –METODA ELECTRE III
W5W6W5AW4W3W2W1W0
W5W5AW6W4W2W1W3W0
31
DZIĘKUJE ZA UWAGĘ
Szczegóły metodyki - Praca doktorska:
Wielokryterialna ocena wariantów zintegrowanego systemu miejskiego transportu publicznego
http://suw.biblos.pk.edu.pl/resourceDetailsRPK&rId=36837
2. Propozycja metodyki wyboru najlepszego wariantu ZSMTP
Diagnoza oraz ocena aktualnego stanu systemu miejskiego transportu publicznego
Sfor
muł
owan
ie za
gadn
ieni
a o
ceny
ZSM
TP
jako
wie
lokr
yter
ialn
ego
prob
lem
u sz
ereg
owan
ia w
aria
ntów
(WSW
)
Sformułowanie problemu decyzyjnego Określenie decydentów i interwenientówKryteria oceny
Heurystyczna (ekspercka) konstrukcja wariantów ZSMTP
Opis sytuacji decyzyjnej
Definicja spójnej rodziny kryteriów
ETAP II
ETAP I
Model transportowy dla aglomeracji
Ocena porównawcza wariantów
Pozi
om sy
mul
acji
ruch
u
Wskaźniki opisujące warianty
Podsumowanie eksperymentów obliczeniowychETAP V
Przegląd i ocena metod WSW
Ważność kryteriów (wagi); Wrażliwość kryteriów (progi)
ETAP III 1. Przegląd dostępnych metod szeregowania wariantów (SW)2. Porównanie metod ze względu na ich podstawowe cechy 3. Dopasowanie metod SW do specyfiki problemu decyzyjnego
Przeprowadzenie eksperymentów obliczeniowych
ETAP IV 1. Eksperymenty obliczeniowe 2. Zestawienie i analiza wyników 3. Analiza wrażliwości
Modelowanie preferencji decydenta
i interwenientów
1. Potencjały ruchotwórcze2. Więźba ruchu3. Podział zadań przewozowych4. Rozkład ruchu na sieć
Kodowanie, modelowanie narzędzi integrujący MTP, symulacja podróży i potoków pasażerskich dla wariantów
Heurystyczna konstrukcja
wariantów ZSMTP wspomagana
symulacją ruchu
Rankingi końcowe