Analýza dopravy cestujících na Letiště Václava Havla pro optimalizaci při zavedení metra (Simprocess)

Tato stránka slouží jako výzkumná zpráva simulace „Procesní analýza dopravy cestujících na Letiště Václava Havla (LVH) pro optimalizaci při zavedení metra“ k semestrálnímu projektu pro předmět 4IT495 Simulace systémů (LS 2019/2020) na VŠE v Praze.

Zadání práce

• Název simulace: Metro na LVH
• Autor: Zurp00 (talk) 13:54, 31 May 2020 (CET) Polina Luneva
• Typ modelu: Diskrétní simulace
• Modelovací nástroj: SIMPROCESS

Definice problému

Prodloužení pražské trasy metra A z Motola na Letiště Václava Havla (LVH) by vyšlo na 26,8 miliardy korun. Vybudování tratě by i s přípravnými pracemi trvalo jedenáct let (analýza by měla trvat 6,5 roku, dalších 4,5 roku stavba samotná). Hloubka podzemních stanic by se pohybovala v rozmezí 20 až 45 metrů Vyplývá to z analýzy firmy Metroprojekt pro dopravní podnik a magistrát. Je tedy patrné, že celá výstavba metra zabere dost času, ale i finančních prostředků, proto je potřeba co nejvíce času věnovat řádné přípravě. Tato práce by mohla posloužit jako jeden ze způsobu vstupních dat. V práci se budu soustředit na analýzu procesu dopravy metrem na LVH a návrh nejlepší možné optimalizace. LVH má otevřeno 24 hod. Sledovat se bude z důvodů dostupnosti dat interval jedné hodiny <9;10>, a podle toho budu chtít určit:

• Interval, jak často má metro jezdit s ohledem na ostatní faktory (fronty, tvořící se na security, pásové kontrole)
• Počet otevřených přepážek na bezpečnostní kontrole
• Počet otevřených přepážek na pásové kontrole

Dále se bude sledovat i delší časový interval <9;17> a i simulace při použití dalšího dopravního prostředku a to tramvaje.

Metoda

Model bude zpracován pomocí programu SIMPROCESS, který je uzpůsobený přesně na podobné problematiky. Je zde možné nastavovat různé množství časových intervalů a počtu otevřených kontrol a sledovat, jak se situace mění. Vycházet budu hlavně s diplomové práce na téma: Analýza způsobů dopravy cestujících na Letiště Václava Havla. V práci autor pracuje s dostupnými a ověřenými statistikami, které byly poskytnuty LVH.

Detailní popis modelu

Nejdříve si popíšeme základní model, který byl vypracován. Jedná se o model, kdy hlavním dopravním prostředkem je metro.

Entity

1. Cestující
2. Cestující 2
3. Skupina
4. GO

Zdroje

1. 1 metro
2. Přepážka 1
3. Přepážka 2

Procesy a omezení modelu

Realizace modelu v nástroji SIMPROCESS

Máme zde 6 procesů:

• Příchod

Definuje se tím příchod osob na stanoviště metra aktivitou Generate , kteří směrují na LVH. Začátečním stanovištěm metra se myslí zastávka Můstku a předpokládáme, že na tuto zastávku dorazí 29 lidí za minutu dle Poissonova rozdělení, kteří poputují na LVH. Typ entity je zde Cestující a je tím myšlen právě cestující, který si zvolil metro, jako dopravní prostředek na LVH. Je zde též definovaný začátek příchodu prvních cestujících na 8:40 a konec na 10:00.

• Čekání

Dále je aktivitou Generate definováno samotné zastavení metra. K simulaci potřebujeme určitý typ entity, který definuje příjezd metra a je tedy použita zvláštní nemateriální entita- GO, která znamená, že metro přijelo ke stanici. Zároveň zde definujeme samotný interval metra, kdy s intervalem metra bylo v simulaci různě posouváno a na základě jednotlivých vstupu zvolen nejoptimálnější interval- 20 minut. Je zároveň zvolen začátek a konec ježdění metra a to od 9:10 do 10:00. Následně aktivitou Gate definujeme Bránu, kdy je použita entita Skupina a jedna Skupina představuje maximální počet, kdy se počítá s metrovou soupravou M1, která má kapacitu 1464 cestujících. Redukce kabin není možná, a tudíž nemůže dojít k navýšení či snížení maximálního počtu cestujících.

• Jízda metrem

Dále simulace pokračuje samotnou jízdou metrem. Je zde definována aktivita Delay a v rámci této aktivity je nastavena doba jízdy z Můstku na LVH na 25 minut. Jako zdroj je použito 1 metro. Následně je v tomto procesu obsažena aktivita Batch, která pouze definuje vysazení cestujících.

• LVH

Jakmile se cestující dostanou do areálu LVH, předpokládá se, že potrvá 5 minut, než se cestující reálně dostane k první přepážce. Tudíž tento proces obsahuje aktivitu Delay s nastaveným zpožděním 5 minut.

• Příchod 2

V tomto bodě se simulace stává zajímavější. Musí se totiž počítat s cestujícími, jenž přijíždějí nejen metrem, ale i ostatními prostředky (autobus, auto, taxi). Tam v této hodině se počítá zhruba se 33 cestujícími za 1 min. Celkově se tedy na LVH dostane v jednu minutu 62 lidí. Je třeba podotknout, že přesné určení počtu cestujících závisí na mnoha faktorech. V uvedeném počtu nejsou započítány zaměstnanci a lidé, kteří cestují za zábavou či jiným účelem. Použita je opět aktivita Generate a typ entity je zde Cestující 2, což jsou již zmínění cestující, kteří nepřijeli metrem. Interval je nastaven na 33 lidí za minutu dle Poissonova rozdělení. Příchod těchto lidí je nastaven od 9:00 do 10:00, jelikož chceme sledovat celou situaci, která se odehrává v této hodině a chceme, aby kontroly byly již od začátku simulace vytěžovány, jelikož má být simulace podobná co nejvíce reálnému stavu.

Dále je použita aktivita Merge, která má za úkol nashromáždit jak cestující z metra, tak i cestující z ostatních dopravních prostředků.

• Kontroly

Následně v procesu Kontrola definujeme obě kontroly. Dobou, nutné pro obsloužení každého cestujícího, je BEZPEČTNOSTNÍ KONTOLA (security kontrola) a PASOVÁ KONTROLA. V obou případech se jedná o místa, kde se scházejí všichni cestující bez rozdílu, zda mají zavazadlo či nikoliv. Výkon každé přepážky je dle údajů 2 osoby za minutu a maximální počet otevřených bezpečnostních kontrol je 16 a pasových kontrol 21. Z výše uvedených údajů je v simulaci tedy nastavena aktivita Delay s názvem 1 a myšleno tím Bezpečnostní kontrola. Z údajů víme, že kontrola obslouží 2 osoby za minutu, což znamená, že jednu osobu obslouží za 30 sekund. Tento údaj zde uvedeme. Zdrojem je představována Přepážka 1. Následující aktivita je též Delay s názvem 2, která představuje Pasovou kontrolu. I zde je nastaven interval na 1 osoba za 30 sekund a použit zdroj Přepážka 2.

• Odchod

V procesu odchodu definujeme aktivitou Dispose samotný odchod cestujících.

Výsledky

V simulaci se snažíme přijít k prvnímu cíli a to najít správný interval metra. Chceme, aby interval byl dost dlouhý na to, aby bylo, z důvodu optimalizace útrat financí na provoz metra, zvoleno co nejmenší počet, ale zároveň se snažíme o to, aby interval byl nastaven tak, že se nebudou hromadit velké fronty na kontrolách.

Pokud interval 5 minut, pak:

Interval 5 minut

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	1 772	1 436	336
Cestující ost. DPD	2 012	461	1 551
Celkový počet metra	10	9	1
Celkový počet cestujících	3 784	1 897	1 887

Pokud interval 10 minut, pak:

Interval 10 minut

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	1 772	1 436	336
Cestující ost. DPD	2 012	461	1 551
Celkový počet metra	6	5	1
Celkový počet cestujících	3 784	1 897	1 887

Pokud interval 30 minut, pak:

Interval 30 minut

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	1 772	1 436	336
Cestující ost. DPD	2 012	461	1 551
Celkový počet metra	2	1	1
Celkový počet cestujících	3 784	1 897	1 887

Pokud interval 20 minut, pak:

Interval 20 minut

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	1 772	1 436	336
Cestující ost. DPD	2 012	461	1 551
Celkový počet metra	3	2	1
Celkový počet cestujících	3 784	1 897	1 887

Dle jednotlivých intervalů (5,10,20,30 minut) vidíme, že ve všech případech se jedná o stejný celkový počet zprocesovaných, zdá se být tedy interval 30 min nejoptimálnější ALE, pokud je interval metra 30 minut, pak i jeho vytížení je již pouze na 75%, tudíž je nejoptimálnější varianta 20 minut, kdy vytíženost metra je 83%. Vytíženost metra je v případě intervalu 20 minut cca 83% a mou hypotézou, proč není vytíženost plnocenná je, že se jedná o Poissonovo rozdělení v případě příchodu cestujících. Pokud interval metra nastaven na 20 minut, kdy tento interval byl vyhodnocen jako nejoptimálnější, vidíme, že v hodině od 9 do 10 jelo metro 3x (9:20, 9:40, 10:00), nastaven start prvního metra byl na 9:10 z toho důvodu, aby při začátku simulace se stihlo první metro naplnit cestujícími, pokud by byl start nastaven na 9:00, pak se nestíha metro naplnit z důvodu samotné simulace. Zprocesována byla, dá se říci, skupina v počtu jednoho metra. Zdá se, že v systému zůstává velký počet cestujících, ale je to dáno tím, že cestující, kteří jedou metrem v 10:00, se nestíhají dostat ke konci simulace na LVH, dále i to, že první cestující se reálně k první pobočce dostanou až v 9:45, kdy pobočka je již obsazena cestujícími jiných dopravních prostředku, kteří tam chodí již o 9:00 hodin. Proto i počet zpracovaných těchto cestujících je vyšší, jelikož se většina odbaví na začátku.

Zároveň chceme určit počet poboček: Ať už se jedná o jakýkoliv interval metra (5,10,20,30 minut) a nastaven počet poboček na 16 bezpečnostních kontrol a 20 pasových kontrol pak vytíženost poboček je:

Bezpečnostní kontrola	98%
Pasová kontrola	81%

V rámci zkoušení různých počtů přepážek byl nastaven počet pasové kontroly i pod 20 kusů, ale přišlo se na to, že pokud je počet pod 20, pak zákonitě se celkově zprocesuje méně lidí. Optimální je 16 bezpečnostních a 20 pasových kontrol. Ve všech dalších případech se zdá být proces neoptimální. Je pochopitelné, že pasová kontrola je vytížená méně, jelikož v moment spuštění simulace se nejdříve cestující nahromadí na bezpečnostní kontrole a v ten moment nedochází k žádné aktivitě na pasové kontrole. Čekání cestujících je při takto nastavených parametrech následující:

	Průměrná doba čekání	Max doba čekání
Cestující metrem	6 minut	12 minut
Cestující ost. DPD	3 minuty	13 minut

Je vidět, že průměrná doba čekání v obou případech je naprosto korektní. Je logické, že cestující ostatních dopravních prostředků jsou odbaveni rychleji, jelikož příchod je nastaven na 9:00 hodinu, jak jsem již zmiňovala.

Simulace s delším časovým intervalem

Pokud budeme mapovat delší časový interval například 9:00 až 17:00 a předpokládat, že vstupní podmínky budou stejné, pak při nastavení přepážek na 16 a 20 kusů, které jsou optimální pro hodinu 9:00 až 10:00, máme tyto výsledky:

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	13 809	8 229	5 580
Cestující ost. DPD	15 902	6 257	9 645
Celkový počet metra	24	6	18
Celkový počet cestujících	29 711	14 486	15 225

Vidíme, že je velký počet těch, kteří jsou v době ukončení simulace stále neodbaveni a někde v procesu.

	Průměrná doba čekání	Max doba čekání
Cestující metrem	118 minut	239 minut
Cestující ost. DPD	85 minuty	188 minut

Doba čekání v obou případech cestujících je naprosto nepřijatelná.

Bezpečnostní kontrola	100%
Pasová kontrola	80%
Metro	97%

Vytížení je logicky maximální.

Proto je patrné, že je potřeba zvýšit počet přepážek. Nejoptimálnější počet se zdá být 28 bezpečnostních a 33 pasových kontrol. Interval metra zůstává stejný, a to 20 minut, jelikož při zkoušce jiných intervalů se rozdíl v počtu odbavených cestujících metrem na přepážkách byl minimální. Výsledek je následující:

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	13 761	3 827	9 934
Cestující ost. DPD	15 978	478	15 500
Celkový počet metra	24	6	18
Celkový počet cestujících	29 739	4 305	25 434

Je vidět, jak počet odbavených cestujících je v obou případech maximální a jen zhruba 14 procent cestujících zůstalo někde v procesu při ukončení simulace.

	Průměrná doba čekání	Max doba čekání
Cestující metrem	51 minut	99 minut
Cestující ost. DPD	7 minuty	18 minut

Opět cestující metrem čekají déle, ale je to z toho důvodu, že první cestující metrem se ke kontrole dostanou až v 9:45, kdy je kontrola obsazena lidmi z ostatních dopravních prostředků.

Bezpečnostní kontrola	98%
Pasová kontrola	95%
Metro	81%

Vytíženost všech pozorovaných hodnot je optimální. Vidíme, že počet odbavených cestujících v obou případech je skvělý a ti, kteří jsou označeni jako „zůstali v systému“ znamená, že jsou v době ukončení simulace buď na cestě metrem na LVH, nebo tráví čas chůzí na kontroly nebo čekají na některé z kontrol.

Simulace s dalším dopravním prostředkem

Realizace modelu v nástroji SIMPROCESS

Entity:

1. Cestující tramvaj
2. Skupina tram
3. GO tram

Zdroje

1. 1 tramvaj

Procesy a omezení modelu

• Příchod 1

Definuje se tím příchod osob na stanoviště tramvaje aktivitou Generate , který směrují na LVH. Začátečním stanovištěm tramvaje se myslí zastávka Nádraží Veleslavín a předpokládáme, že na tuto zastávku dorazí 18 lidí za minutu dle Poissonova rozdělení, kteří poputují na LVH. Typ entity je zde Cestující tramvaj a je tím myšlen právě cestující, který si zvolil tramvaj, jako dopravní prostředek na LVH. Je zde též definovaný začátek příchodu prvních cestujících na 8:40 a konec na 10:00.

• Čekání tramvaje

Dále je aktivitou Generate definováno samotné zastavení tramvaje. K simulaci potřebujeme určitý typ entity, který definuje příjezd tramvaje a je tedy použita zvláštní nemateriální entita jako i v případě zastavení metra- GO tram, která znamená, že tramvaj přijela ke stanici. Zároveň zde definujeme samotný interval tramvaje, kdy s intervalem tramvaje bylo v simulaci různě posouváno a na základě jednotlivých vstupu zvolen nejoptimálnější interval- 8 minut. Je zároveň zvolen začátek a konec ježdění tramvaje a to od 9:10 do 10:00. Následně aktivitou Gate definujeme Bránu, kdy je použita entita Skupina tram a jedna skupina představuje maximální počet, kdy se počítá s doporučenou tramvajovou soupravou Škoda 14T, vmax = 80km/h, Škoda 15T, která má kapacitu 192 cestujících. Redukce kabin není možná, a tudíž nemůže dojít k navýšení či snížení maximálního počtu cestujících.

• Jízda tramvají

Dále simulace pokračuje samotnou jízdou tramvají. Je zde definována aktivita Delay a v rámci této aktivity je nastavena doba jízdy z Nádraží Veleslavín na LVH na 13 minut. Jako zdroj je použita 1 tramvaj. Následně je v tomto procesu obsažena aktivita Batch, která pouze definuje vysazení cestujících.

Následně je v simulaci první aktivita Merge, kdy se předpokládá, že se cestující metra a cestující tramvaje společně promíchají v jednom místě, budeme totiž předpokládat, že oba východy (z metra i z tramvaje) jsou u sebe. Oběma skupinám – cestujícím metrem a cestujícím tramvají, trvá 5 minut, než se dostanou k první kontrole. Zde je vyobrazena druhá aktivita Merge, která představuje, jak již bylo zmiňováno, sloučení cestujících metra, tramvaje s cestujícími z ostatních dopravních prostředků. Vzhledem k tomu, že nějaká část cestujících se v odlišnosti od první simulace rozhodla pro DPD tramvaje, tudíž cestující ostatních dopravních prostředku je v jedné minutě méně, než v předcházející simulaci, a to 15 osob za minutu. Dále již simulace pokračuje jak minule.

Výsledky

Počítá se se stejným počtem poboček, jako v případě první simulaci, a to s 16 bezpečnostních kontrol a 20 pasových kontrol, výsledek je následující:

	Celkový počet	Zůstalo v systému	Zprocesováno
Cestující metrem	1 721	1 379	342
Cestující tramv	2 012	461	1 551
Celkový počet metra	3	0	3
Celkový počet tram	7	0	7
Celkový ost. DPD	907	220	687
Celkový počet cestujících	4 640	2 060	2 580

Vidíme, že zprocesování je optimální a nejméně bylo zprocesováno cestujících metrem což je i logické, jelikož je tento interval nejdelší (20 minut) a první cestující se dostanou na kontrolu 15 minut před ukončením simulace.

	Průměrná doba čekání	Max doba čekání
Cestující metrem	5 minut	11 minut
Cestující tramvají	9 minut	20 minut
Cestující ost. DPD	2 minuty	15 minut

Průměrná doba čekání ve všech případech je optimální.

Bezpečnostní kontrola	73%
Pasová kontrola	55%
Metro	83%
Tramvaj	83%

Lze se zarazit při pohledu na nevytíženost přepážek. Stalo se tak, jelikož se počet cestujíchc ostatních dopravních prostředků zmenšil na 15 osob za minutu a tudíž v momentě zpuštění simulace jsou kontroly méně vytížené.

Závěr

Simulace v časovém intervalu <9:00;10:00>

Pokud zkoumáme v simulaci hodinový interval 9:00 až 10:00, pak je nejoptimálnější interval jízdy metra 20 minut a optimální otevření přepážek je nastaven na 16 přepážek bezpečnostní kontroly a 20 přepážek pasové kontroly. Proč tomu tak je již vysvětleno v kapitole výše, kde jsou popsány různé varianty a zároveň i ty nejoptimálnější.

Simulace v delším časovém intervalu

Pokud zkoumáme simulace v čase 9:00 až 17:00 a vstupní podmínky jsou stejné, jako při hodině 9:00 až 10:00, pak optimální je navýšit počet přepážek na 28 bezpečnostních kontrol a 33 pasových kontrol s tím, že interval metra zůstává na 20 minut. Je potřeba ale myslet na to, že dostupné vstupní podmínky byly poskytnuty LVH právě pouze pro interval hodiny 9:00 až 10:00 což je údajně jedna z nejvytíženějších hodin, proto pokud bychom opravdu chtěli simulaci přizpůsobit co nejvíce reálnému životu, bylo by potřeba vyžádat vstupní údaje ve veškerém čase otevření LVH a s minimálním měsíčním sledováním vstupních údajů. V simulaci by se následně mohly nastavit časy vytíženosti. Je potřeba myslet na to, že počet cestujích se může lišit i dle sezony.

Simulace s dlaším dopravním prostředkem

Pokud zkoumáme v simulaci časový interval 9:00 až 10:00 a zakomponujeme mimo dopravní prostředek metra též i tramvaj, pak optimální řešení je interval metra 20 minut, interval tramvaje 8 minut a počet bezpečnostních kontrol 16 a počet pasových kontrol 20.

Kód a přílohy

File:ZURP00 SIMULACE.zip
File:ZURP00 reporty.zip