Формирование и распределение пассажирских потоков на транспортной сети города

Города должны представлять собой рациональную комплексную организацию производственных зон, жилых районов, сети общественных и культурных учреждений, бытовых предприятий, транспорта, инженерного оборудования и энергетики, обеспечивающих наилучшие условия для труда, быта и отдыха людей. Транспортная сеть составляет планировочную основу городской территории. Города непрерывно развиваются: увеличивается население городов и размеры городских территорий. Если в небольших городах транспортное обслуживание населения осуществляется сравнительно легко, то в крупных оно значительно усложняется. В больших городах не только возрастает количество передвижений в соответствии с ростом населения, но и увеличивается дальность поездки каждого пассажира, а также повышается транспортная подвижность населения, т. е. среднее количество поездок, совершаемых в течение года на транспорте одним жителем города. Таким образом, по мере роста города растет объем работы пассажирского транспорта, все более высокие требования предъявляются к мощности транспортных систем, к скорости и регулярности движения.

Одной из важнейших проблем современного градостроительства являются вопросы, связанные с обеспечением транспортного обслуживания населения и организацией городского движения.

Для обеспечения удовлетворительного уровня транспортного обслуживания в городе необходимо, чтобы провозная способность транспортной системы соответствовала транспортным потребностям города. Существуют два подхода к решению данного вопроса: увеличение пропускной способности сети и более рациональное использование существующей пропускной способности. Необходимо рационально сочетать оба этих подхода. Первый подход связан с большими материальными затратами на реконструкцию транспортных узлов и магистралей для пропуска большего количества транспортных средстввторой подход — с увеличением средней вместимости подвижного состава. Добиться увеличения перевозок можно за счет увеличения доли маршрутного пассажирского транспорта (МПТ).

С другой стороны, за последнее десятилетие значительно увеличился уровень автомобилизации населения и доля пассажирских перевозок на индивидуальном автомобильном транспорте. Это привело к значительному росту интенсивности движения на городских улицах и повлекло за собой насыщение улично-дорожной сети транспортными средствами. Основные транспортные узлы и магистрали города перестали справляться с возросшими потоками. В часы «пик» скорость передвижения значительно уменьшилась, загрязнение воздуха значительно увеличилось. Все это ухудшает условия движения и приводит к росту аварийности и уличного травматизма. Резко ухудшается уровень транспортного обслуживания города в целом.

Именно в этом источник основного конфликта между растущим городом и внутригородским транспортом: требования, предъявляемые к транспорту, непрерывно повышаются, а использование совершенствующейся транспортной техники все более затрудняется. Развитие транспортных систем отстает от развития городов с их возрастающими транспортными потребностями.

В последние десятилетия удовлетворение потребностей в перевозках шло за счет созданных ранее резервов пропускной и провозной способности транспортных систем, которые, в конце концов, были исчерпаны.

Появление транспортной системы обусловлено централизацией перевозок. При централизованной организации перевозок повышается их эффективность, уменьшаются удельные затраты на перевозку.

Стоит отметить, что транспорт, являясь одной из наиболее фондоёмких отраслей хозяйства, требует для своего развития крупных долгосрочных инвестиций. Для рационального использования этих средств необходимы научно-обоснованные расчеты перспективных пассажирских и транспортных потоков.

Основные положения методологии расчетов и научного прогнозирования на городском пассажирском транспорте были заложены в нашей стране ещё в 30—40х годах советскими специалистами А. Х. Зильберталем, В. К. Петровым, С. Г. Писаревым, А. А. Поляковым, В. Г. Сосянцем, A.M. Якшиным, В. Г. Давидовичем, Г. В. Шелейховским, Ю. А. Шацким, А. Е. Страментовым, М. С. Фишельсоном и др.

Большой вклад в дальнейшее развитие транспортных расчетов, прогнозирование перевозок и проектирование систем пассажирского транспорта внесли Д. С. Самойлов, В. Г. Давидович, Е. А. Баркова, В. А. Юдин,.

B.А. Черепанов, O.K. Кудрявцев, Л. Л. Афанасьев, М. Д. Блатнов, М. С. Фишельсон, А. К. Старинкевич, В. В. Шештокас, Д. М. Эткин, А. Т. Таранов,.

C.В. Розенберг, Т. Е. Строганова, Г. А. Гольц, С. В. Шапошников, Р. П. Орлова, И. А. Молодых, Е. В. Овечников и др.

В настоящее время решением этих задач занимаются специальные научно-исследовательские институты. Однако, до сих пор нет общепризнанных методов расчета, которые бы давали достаточно достоверные данные для формирования и развития транспортных систем.

Настоящая работа направлена на дальнейшее совершенствование методики расчета пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях. Необходимость этого обусловлена тем, что при переходе к рыночной системе изменились факторы формирования и распределения пассажирских и транспортных потоков. Возросло влияние экономических факторов на выбор транспорта для осуществления поездок и маршрута движения. Для учета этих дополнительных факторов необходимо совершенствование методики расчета. Многие исследователи [55] отмечали необходимость учета этих факторов, однако до сих пор не было разработано методики, позволяющей выполнять расчет транспортных сетей с учетом этих факторов.

Основной причиной, по которой этой проблеме уделялось мало внимания, является трудоемкость расчетов.

В настоящее время сложность и трудоёмкость транспортных расчетов такова, что для их выполнения необходимо использование вычислительной техники. Существовавшие ранее программы для расчета пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях [23,48,55,58] имеют много ограничений, рассчитаны на использование устаревших компьютеров, не учитывают современных факторов распределения потоков и не обеспечивают высокую степень автоматизации проектирования (методика расчета требовала значительных трудозатрат по подготовке исходных данных и обработке результатов расчета).

Одним из выходов можно считать более полное использование систем автоматизированного проектирования.

Целью данной работы является совершенствование методики расчета пассажирских потоков на городских транспортных сетях с учетом дополнительных факторов, влияющих на трудность сообщения, распределение корреспонденций и перераспределение потоков на городских транспортных сетях.

Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

— анализ факторов, влияющих на формирование и распределение пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях;

— совершенствование методики расчета пассажирских потоков с учетом социальных и экономических факторов, влияющих на распределение корреспонденций и перераспределение потоков на городских транспортных сетях;

— разработка алгоритма и программы для расчета потоков пассажиров на городских транспортных сетях;

— проверка разработанной методики на примере существующих транспортных сетей;

— разработка рекомендаций по проектированию городских транспортных систем с использованием разработанной методики для практических расчетов.

Объект исследования — потоки пассажиров и транспорта на городских транспортных сетях. В работе проводилось математическое моделирование потоков пассажиров и транспорта на городских транспортных сетях и сравнение результатов расчетов с данными натурных обследований потоков пассажиров и транспорта в городах. Рассматривалась транспортная сеть города в общем виде для составления математической модели, а также транспортные сети конкретных городов Сочи, Липецк, Жуковский, района Марьино ЮВАО г. Москвы для которых проводились практические расчеты.

Предмет исследования — закономерности и математические модели формирования и распределения пассажирских потоков на городских транспортных сетях.

Для достижения поставленных целей исследованы существующие методы расчета пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях. Произведены обследования интенсивности движения пассажирских и транспортных потоков на ряде транспортных узлов. Проведено сравнение полученных результатов обследований с результатами расчета по существующей методике. Выдвинута гипотеза о характере влияния стоимостных факторов на распределение транспортных потоков. Определен обобщающий критерий формирования и распределения транспортных потоков. Сделан подход к установлению характера распределения пассажирских потоков между альтернативными путями следования и видами транспорта. Разработана методика расчета пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях с использованием предложенных закономерностей. Разработаны алгоритм и компьютерная программа, реализующая расчет по этой методике. С помощью разработанной программы выполнены расчеты пассажирских и транспортных потоков в городах Сочи, Липецк, Жуковский и в районе.

Марьино ЮВАО г. Москвы, определена функция трудового тяготения для г. Липецк, произведено сравнение измеренных интенсивностей движения с расчетными. Сравнение показало хорошую сходимость результатов расчета с результатами обследования интенсивности движения и возможность использования разработанной методики для практических расчетов пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях.

Частные методики исследований включали: сбор и анализ отчетно-статистических данных об интенсивности движения, теоретические исследования закономерностей с использованием теории вероятностей и математической статистики, математическое моделирование городских транспортных сетей с использованием теории графов и линейного программирования (методы определения «кратчайших» путей и др.) [31], метод взаимных корреспонденций [16,65], методы распределения потоков по сети [23,55], методы нелинейного и динамического программирования для перераспределения потоков.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— определен критерий обобщенных затрат пассажиров на передвижения;

— разработана методика расчета потоков пассажиров и транспорта на городских транспортных сетях с учетом обобщенных затрат пассажиров на передвижения;

— разработана методика распределения пассажирских потоков между альтернативными путями следования и видами транспорта;

— определена степень перераспределения потоков между альтернативными путями;

— установлены зависимости распределения пассажиропотоков между индивидуальным и маршрутным транспортом от факторов обобщенных затрат пассажиров на транспорте общего пользования;

— установлены диапазоны провозной способности пассажирского транспорта в зависимости от соотношений видов транспорта в перевозке пассажиров.

Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается сравнением результатов натурных обследований интенсивности движения с результатами расчета по предложенной методике.

Практическая ценность данной работы состоит в разработке:

1) усовершенствованной методики расчета городских транспортных систем с использованием разработанной программы, обеспечивающей высокую степень автоматизации проектирования и облегчающей работу проектировщиков;

2) системы автоматизированного расчета потоков пассажиров на городских транспортных сетях с использованием предложенной методики и современных вычислительных средств;

3) рекомендаций по повышению эффективности работы городских транспортных систем.

Апробация работы: Результаты данной работы использованы при:

— обосновании проекта транспортной развязки в г. Сочи;

— расчетах и перераспределении пассажирских и транспортных потоков в г. Липецк для оценки мероприятий при совершенствовании транспортной системы;

— совершенствовании маршрутной системы общественного транспорта в районе Марьино ЮВАО г. Москвы.

Основные положения работы были доложены автором на научнотехнических конференциях:

1. на I Международной молодежной научно-практической конференции «Проблемы, инновационные подходы и перспективы развития индустрии туризма» 25−28 апреля 2001 года, г. Сочи.

2. на Второй международной (7-й межвузовской) научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности» 26−27 мая 2004 г., г. Москва.

3. на Третьей международной (8-й межвузовской) научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности» 25−26 мая 2005 г., г. Москва.

Доклады опубликованы в соответствующих сборниках докладов.

На защиту выносятся:

— критерий обобщенных затрат времени, сил и средств пассажиров на передвижения;

— общий вид функции тяготения для расчета корреспонденций в зависимости от обобщенных затрат;

— метод расчета и увязки корреспонденций в открытой модели транспортной сети;

— методика распределения пассажирских потоков между альтернативными путями следования и видами транспорта;

— методика расчета пассажирских и транспортных потоков на городских транспортных сетях, учитывающая обобщенные затраты пассажиров на передвижения;

— зависимости распределения пассажирских потоков между альтернативными видами транспорта.

Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка.

Общие выводы.

Предложена усовершенствованная методика расчета пассажирских потоков на городских транспортных сетях, учитывающая влияние дополнительных социальных и экономических факторов при формировании и распределении пассажирских потоков. Данная методика рекомендуется для детальных расчетов потоков пассажиров и транспорта при разработке транспортных разделов генпланов городов.

Предложенная модель транспортной сети города учитывает не только расчетную зону города, но и зону влияния модели транспортной сети. Расчет корреспонденций проводится для открытой системы пунктов тяготения, когда суммарная ёмкость пунктов тяготения (в расчетной зоне) меньше суммарной ёмкости пунктов пассажирообразования (в расчетной зоне и зоне влияния) по предложенной методике. При расчете взаимных корреспонденций трудность сообщения между пунктами определяется по величине обобщенных затрат времени, сил и средств пассажиров на передвижения по формуле (2.1), и аргументом функции тяготения принимается величина обобщенных затрат.

В расчетах пассажирских потоков на городских транспортных сетях рекомендуется учитывать вероятностное распределение пассажиропотоков между альтернативными путями следования и видами транспорта. В данной работе определены зависимости и степень перераспределения пассажиропотоков (формула (2.3)). Предложена методика и алгоритм расчета. Разработана компьютерная программа, обеспечивающая повышение уровня автоматизации расчетов пассажирских потоков.

Установлены зависимости распределения пассажиропотоков между видами транспорта от дальности передвижения, стоимости проезда и интервалов движения на транспорте общего пользования, полученные методом математического моделирования, которые могут быть использованы для управления распределением пассажиропотоков между видами транспорта.

Определены оптимальные соотношения индивидуального и общественного транспорта в перевозке пассажиров для эффективного использования пропускной способности УДС, представленные на рисунке 3.11. Предложены мероприятия по повышению эффективности работы городских транспортных систем. Рекомендуется увеличение доли общественного транспорта в перевозке пассажиров в соответствии с представленными зависимостями.

Эффективность городских транспортных систем предлагается оценивать по величине суммарных обобщенных затрат пассажиров на передвижения.