Mathematical model of on-demand route formation for public transport based on individual passenger requests in low-density population area

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The organization of public transport routes based on individual passenger requests (on-demand routes) using small-class buses in areas with low population density has become a pressing issue due to the necessity of improving the efficiency of transport systems under limited financial and material resources. Traditional regular route schemes often prove unprofitable and insufficiently convenient for residents of such territories, leading to decreased transport accessibility and deterioration of population living standards. Modern technologies and mathematical modeling enable the development of flexible and cost-effective solutions capable of adapting to the characteristics of low-density regions and minimizing costs associated with organizing transport services.

The need for optimizing transport flows acquires particular significance in light of global sustainable development and environmental trends. Developing models that reduce operational expenses and decrease the carbon footprint of transport operations corresponds to modern requirements for rational natural resource utilization and energy efficiency.

Creating effective mechanisms for managing on-demand routes holds high social significance, contributing to ensuring equal opportunities for all segments of the population regardless of their geographical location and financial status.

Purpose. To develop a mathematical model for organizing on-demand routes for passenger transportation using small-class buses in populated areas with low population density, ensuring maximum efficiency and economic viability of transport services.

Materials and methods. This study employed a comprehensive approach to developing a mathematical model for organizing on-demand routes. The research was based on analyzing real conditions of bus service operation in regions with low population density. The model considered the following parameters: number of populated areas and their geographic location, passenger flow volume, technical specifications of small-class buses, time constraints, and financial performance indicators of transport enterprises. Route optimization was performed using dynamic programming algorithms that accounted for variable demand structure and resource limitations. Practical testing of the model was conducted using data from a specific region with low population density, enabling the collection of reliable results and drawing conclusions about the effectiveness of the proposed approach to organizing transport services.

Results. A comprehensive analysis of existing approaches to organizing on-demand routes was conducted, and key factors determining their effectiveness were identified. A mathematical model was developed that accounts for the specifics of populated areas with low population density, including uneven distribution of demand, large distances between populated areas, and limited financial resources. Various route optimization algorithms were investigated, and the most suitable method was selected for solving the stated problem. Numerical simulation of the proposed model was performed using a specific regional example, and its effectiveness was evaluated compared to existing transportation schemes. Recommendations were developed for implementing the proposed model in the practical activities of transport organizations operating in conditions of low population density.

About the authors

Svetlana S. Titova

Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)

Author for correspondence.
Email: s.titova@madi.ru

Senior Lecturer, Postgraduate Student

Russian Federation, 64, Leningradsky Prospekt, Moscow, 125319, Russian Federation

Andrey V. Ostroukh

Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)

Email: ostroukh@mail.ru

Doctor of Technical Sciences, Professor

64, Leningradsky Prospekt, Moscow, 125319, Russian Federation

References

  1. Chen, P.-Y., & Wu, S.-Y. (2012). The impact and implications of on-demand services on market structure. Information Systems Research, 24(3). https://doi.org/10.1287/isre.1120.0451
  2. Taylor, T. A. (2018). On-demand service platforms. Manufacturing & Service Operations Management, 20(4). https://doi.org/10.1287/msom.2017.0678
  3. Juluri, P., Tamarapalli, V., & Medhi, D. (2016). Measurement of quality of experience of video-on-demand services: A survey. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 18(1), 401–418. https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2401424
  4. Bai, J., So, K. C., Tang, C. S., Chen, X., & Wang, H. (2018). Coordinating supply and demand on an on-demand service platform with impatient customers. Manufacturing & Service Operations Management, 21(3). https://doi.org/10.1287/msom.2018.0707
  5. Donskoy, P., & Malakhaltsev, P. (2019). On demand: adaptive public transport routes. City Studies and Practices, 4(4), 93–125. https://doi.org/10.17323/usp44201993-125 EDN: https://elibrary.ru/OEDOBV
  6. Ivanov, O. N., Listov, N. O., & Ostroukh, A. V. (2017). Investigating technical characteristics of electric buses as promising modes of ground passenger transport. International Journal of Advanced Studies, 7(4-2), 29–48. EDN: https://elibrary.ru/ZMIHGL
  7. Listov, N. O., Ivanov, O. N., & Ostroukh, A. V. (2017). Improvements in automated passenger flow monitoring systems. International Journal of Advanced Studies, 7(4-2), 49–58. EDN: https://elibrary.ru/ZMIHGV
  8. Kuftinova, N. G., & Ostroukh, A. V. (2014). Development of an automated system of survey passenger traffics. International Journal of Advanced Studies, 4(4), 3–9. https://doi.org/10.12731/2227-930X-2014-4-1 EDN: https://elibrary.ru/TEBOER
  9. Ostroukh, A. V., & Polgun, M. B. (2013). Automation of supervisory control processes in urban passenger transport. International Journal of Advanced Studies, 3(3), 3–9. https://doi.org/10.12731/2227-930X-2013-3-1 EDN: https://elibrary.ru/RUNXID
  10. Ostroukh, A. V., & Polgun, M. B. (2013). New approaches to development of automated supervision systems for enterprise transport. International Journal of Advanced Studies, 3(4), 3–7. https://doi.org/10.12731/2227-930X-2013-4-1 EDN: https://elibrary.ru/QBIDCV
  11. Kuftinova, N. G., Ostroukh, A. V., Surkova, N. E., & Barinov, K. A. (2020). Prediction of traffic flows in metropolitan areas using neural networks. Industrial Automatic Control Systems and Controllers, (11), 40–45. https://doi.org/10.25791/asu.11.2020.1235 EDN: https://elibrary.ru/ABWTIO
  12. Polgun, M. B., Ostroukh, A. V., Nikolaev, A. B., & Efimenko, D. B. (2013). Automation of dispatching processes in urban passenger transport. Industrial Automatic Control Systems and Controllers, (5), 10–16. EDN: https://elibrary.ru/SKEOYJ
  13. Ostroukh, A. V., Surkova, N. E., Vorobieva, A. V., & Polgun, M. B. (2015). Automated supervisory control system of urban passenger transport. ARNP Journal of Engineering and Applied Sciences, 10(10), 4334–4340. EDN: https://elibrary.ru/UGFLYX
  14. Mikhnevich, I. M., & Belehov, A. A. (2024). Method for evaluating feasibility of implementing request-based transport in urban and suburban zones. World of Transport and Technological Machines, (2-2), 32–41. https://doi.org/10.33979/2073-7432-2024-2-2(85)-32-41 EDN: https://elibrary.ru/OJFRDA
  15. Moroz, D. G., Titova, S. S., & Chernyshev, A. A. (2019). Application of passenger flow analysis methods to reform the passenger transport system of Levoberezhny district in Moscow. World of Transport, 17(5), 268–284. https://doi.org/10.30932/1992-3252-2019-17-5-268-284 EDN: https://elibrary.ru/LQZKAR
  16. Sobessky, R. R., & Shevyrev, L. Y. (2018). Development of DRT public transport technologies. In Prospective Technologies in Exploitation of Transport and Transport-Technological Complexes (pp. 83–84). Zernograd: Azovo-Chernomorsky Engineering Institute. EDN: https://elibrary.ru/XZXPIT
  17. Titova, S. S. (2018). Problems of passenger transportation quality in urban agglomerations. Young Scientist, (23), 241–245. EDN: https://elibrary.ru/XQGCZN

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Titova S.S., Ostroukh A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».