Модели выбора рациональных вариантов развития транспортных сетей

Транспортные системы Российской Федерации и ее регионов являются важнейшей составной частью производственной и социальной инфраструктуры. Обеспечивая территориальную целостность страны, единство экономического пространства, транспортные коммуникации объединяют все регионы, а также являются основой обеспечения внешнеэкономических связей России и ее интеграции в глобальную экономическую систему.

Выгодное географическое положение России на путях между странами Западной Европы и странами СНГ, дальнего зарубежья Азии и Дальнего Востока определяет актуальность разработок по использованию этого важного ресурса [11, 24, 41, 43, 44,100, 109, 116].

Россия имеет все возможности для включения в мировой транспортный процесс. При развитой транспортной инфраструктуре с большим запасом пропускной способности, с учетом промышленного потенциала развития экономики, Россия способна за небольшой промежуток времени увеличить конкурентоспособность своих транспортных путей, которые пролегают по ее огромной территории. При этом необходимо принять во внимание требования и тенденции в транспортной сфере, которые предъявляются к качеству этих путей.

Так же планомерное совершенствование транспортных путей России будет способствовать в будущем и развитию межрегиональных сообщений. Если принимать во внимание размеры территории страны, расположение ресурсных и перерабатывающих баз российской экономики, характер хозяйственных связей и распределение населения по территории страны, становится понятным, что дальнейшее социально-экономическое развитие России в значительной мере будет зависеть от скорости и экономичности межрегиональных сообщений, в том числе и автомобильных.

Увеличение в России транспортных потоков, как внутренних, так и международных, создает особые требования к автомобильным дорогам, без выполнения которых трудно рассчитывать на успешную конкуренцию с другими международными путями в обход России. Вместе с тем, являясь главными автомобильными дорогами России, магистрали концентрируют более 40% работы автомобильного транспорта на междугородних перевозках внутри страны, и эти перевозки формируют сейчас и будут формировать в будущем основной объем транспортной работы дорог. В связи с этим проблемы усовершенствования главных магистралей страны неотделимы от вопросов общего развития автодорожной сети России.

Стремление многих ученых сбалансировать транспортный потенциал страны с ее экономическими и геополитическими составляющими породило много научных разработок в данном аспекте.

Теоретические и методологические основы изучения и совершенствования транспортных систем были заложены в трудах видных представителей отечественной науки: О. В. Белого [10,14,15], И. В. Кочетова [47], В. А. Персианова [35,39,80], Н. Н. Громова [34,35], В. Н. Луканина [1,2,66], Я. В. Хомяка [115], К. Ю. Скалова [80], Б. И. Шафиркина [129] и др.

Вопросы организации функционирования и развития транспортных систем и отдельных видов транспорта, путей их модернизации, повышения качества транспортного обслуживания исследованы в трудах З. И. Аксенова [3], В. Н. Бугроменко [18], В. Г. Галабурды [39], H.H. Громова [34,35], О. Н. Ларина [56,57,58,59], B.C. Лукинского [67,72], C.B. Милославской [70], Л. Б. Миротина [71], Ф. С. Пехтерева [55], С. М. Резера [85,86] и других ученых.

Системному анализу решения транспортных проблем посвящены труды H.A. Троицкой [108,109], В. А. Першанова [81], В. М. Беляева [16], В. Е. Деружинского [37], И. Батищева [11], А. Корнеева [11], Е. И. Павлова [79], А. Г. Гранберга [32,33] и др.

Изучению вопросов математического моделирования транспортных потоков, процессов и систем посвящены работы Н. П. Бусленко [20], В. В. Воробьева [27], Б. Л. Геронимуса [31], Персианов В. А. [80], В. В. Сильянова [42,83,96,101,107] и других ученых.

Современным проблемам развития транспортной системы страны посвящены работы ученых Е. М. Лобанова [76], К. И. Плужникова [70], В. И. Куватова [10,48,49,125], В. Н. Ложкина [61,62,63,64,65], Ю. Г. Лазарева [52,53,54], Л. Б. Миротина [71], В. Г. Галабурды [29], О. Н. Ларина [56,57,58,59], В. Н. Бугроменко [18] и др.

Развитие рыночных отношений и смена государственной собственности в стране не исключили необходимости государственного управления различными сферами государственного управления различными сферами социально-экономической жизни общества. В сфере автомобильных дорог, финансирование развития которых выполняется из государственных и региональных источников эта необходимость сохраняется также остро, как и в период плановой экономики. Потребность в высоком качестве государственного управления развитием проявляется особенно остро на магистральных автомобильных дорогах, стоимость строительства которых достигает нескольких миллионов долларов США, а роль в обеспечении автомобильных сообщений особенно велика. Высокая стоимость строительства дорог вызывает необходимость в обоснованной стратегической политики рационального рас-ходывания этих средств, основанной на сочетании качественных решений задач сегодняшнего дня, ближайшей перспективы и достижения поставленных целей развития на отдаленную перспективу. Существующие тенденции развития автомобильных дорог свидетельствуют о наличии серьезных проблем в их развитии и управлении этим процессом. Это негативно сказывается на качестве работы транспорта, на условиях проживания населения в этих зонах и создает значительные трудности устранения этих проблем в перспективе. Это не позволяет рассчитывать на то, что в перспективе будут сформированы скоростные магистрали, в соответствии с международными стандартами и требования работы международных транспортных коридоров, хотя бы на важнейших направлениях коридоров. Все это обуславливает необходимость обоснования принципиальных подходов такой политики, включающих определенные цели развития и принципиальных путей их достижения.

Настоящая работа направлена на повышение качества управления развитием важных элементов единой транспортной системы страны, она призвана способствовать совершенствованию долгосрочного планирования развития автомобильных дорог и международных транспортных коридоров, улучшению их организации.

Вопросам рационального развития автомобильных дорог и автодорожной сети посвящено значительное количество публикаций отечественных и зарубежных ученых. В наибольшей степени эти публикации связаны с различными аспектами развития сети автомобильных дорог (техническими, социальными, экономическими). Математические методы оптимизации начертания автодорожных сетей получили проработку у нас в шестидесятых-семидесятых годах в трудах В. А. Паршиковой и Г. А. Полякова, Б. А. Волкова и в более поздний период в трудах Я. В. Хомяка [115]. Особенности транспортных скоростных магистралей и необходимость их развития рассматривались в трудах Д. П. Великанова, В. Ф. Бабкова [6,7,8,9], В. В. Сильянова [42,83,96,101,107]. Выбор вариантов решений по скоростям движения транспортных потоков на дорогах на основе моделирования транспортных потоков получили проработки в трудах В. В. Сельянова [42,83,96,101,107], В. М. Еремина и Л. И. Муравьева, В. И. Куватова [10,48,49,125]. Отдельные аспекты развития автомобильных магистральных дорог вблизи крупнейших центров рассматривались в работах П. В. Анисимова [5,6], В. Н. Ложкина [61,62,63,64,65], Ю. Г. Лазарева [52,53,54] и других ученых. Пропускная способность дорог исследовалась в трудах В. Н. Анохина, В. В. Сельянова и других.

Вместе с тем, следует отметить, что существующие методы решения задачи выбора рационального варианта, не позволяют рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги и ранжировать варианты по совокупности основных показателей эффективности. Это затрудняет формирование долгосрочной политики развития магистральных дорог, практические шаги реализации которой необходимо закладывать уже в настоящее время.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научная задача разработки научно-методического аппарата выбора рационального варианта развития существующей сети, решению которой и посвящена настоящая диссертация.

Все вышеизложенное послужило основанием для выбора темы диссертационного исследования, формулировки его цели и задач.

Цель диссертационного исследования: разработка моделей выбора рациональных вариантов развития автомобильных дорог, обеспечивающих повышение эффективности управления развитием транспортных сетей.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи: выполнен анализ особенностей и проблем развития автомобильных дорог с учетом требований работы транспортных коридоровразработаны методологические подходы к рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктовразработана модель сопоставления вариантов развития автомобильных дорог в зонах влияния населенных пунктов на основе суммарных дисконтированных затратразработана иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог в зонах населенных пунктов по нескольким критериямразработаны предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Объект исследования — автомобильные дороги транспортных коридоров.

Предметом исследований являются модели, направленные на рациональное развитие автомобильных дорог транспортных коридоров в зонах населенных пунктов с учетом международных требований и потребностей качественного обеспечения внутренних и внешних сообщений регионов.

Методы исследования. Поставленные задачи исследования обуславливают комплексность методологии исследования. В связи с этим при разработке основных положений диссертационной работы использовались методы исследования, основанные на методах расчета эффективности инвестиционных проектов, математическом моделировании, методах обработки статистической информации, методах решения многокритериальных задач.

В процессе выполнения диссертационного исследования использованы следующие основные источники информации: труды отечественных и зарубежных ученых по теме диссертационного исследованиясправочно-информационные и энциклопедические материалынормативные документыматериалы научно-практических конференцийресурсы сети Internetсведения статистической отчетности Федеральной службы государственной статистики (в том числе, электронные базы данных).

В ходе работы над диссертационным исследованием получены следующие научные результаты:

1. Динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат функционально полного набора вариантов реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов.

2. Иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов по нескольким критериям.

3. Предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработанная динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат позволяет, в отличие от существующих, рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги в зависимости от удаления границы застройки и обеспечивает удобное сопоставление вариантов по тенденциям изменения затрат.

2. Созданная модель многокритериального выбора варианта реконструкции автомобильных дорог позволяет, в отличие от существующих, совместить результаты аналитического расчета суммарных дисконтированных затрат на реализацию различных вариантов реконструкции автомобильных дорог с экспертными оценками других показателей эффективности. Ранжирование вариантов показывает, чем необходимо руководствоваться при выборе варианта реконструкции автомобильных дорог.

3. Впервые был сформирован функционально полный набор вариантов реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов и оценена приоритетность каждого из вариантов с учетом важности различных показателей эффективности.

Практическая значимость работы и полученных результатов определяется необходимостью привлечь внимание научной общественности и руководящих работников транспорта к серьезным проблемам, связанным с развитием автомобильных дорог. Разработанные в диссертации модели и методы ориентированы на практическое применение и расширяют возможности по оценке результатов функционирования автотранспортной сети и обоснованию проектов ее реконструкции и развития в целях повышения эффективности транзитных сообщений. Результаты исследований могут быть использованы для формирования стратегии развития автомобильных дорог Министерством транспорта, федеральными и региональными дорожными службами. Принципы моделирования могут применяться в предпроектной практике с необходимой поправкой на конкретную ситуацию.

Достоверность основных положений исследования обеспечена корректной постановкой задач и проведением исследования, применением системного подхода при анализе предметной области, использованием современных расчетных методов, корректным использованием расчетных данных и согласованностью полученных результатов с результатами работ других исследователей. Достоверность научных результатов подтверждается апробацией основных положений диссертации.

Обоснованность научных результатов определяется строгой аргументацией полученных моделей и основных выводов, доказательным и корректным использованием апробированных методов исследований.

Реализация. Результаты диссертационного исследования внедрены:

В научных исследованиях Управления научной и инновационной деятельности ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

В научных исследованиях Некоммерческого партнерства «Транспортный союз Северо-Запада».

В учебном процессе ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».

Апробация диссертационного исследования. Научные результаты диссертационного исследования докладывались на семинарах в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем транспорта им. Н. С. Соломенко Российской академии наук, в Доме ученых имени М. Горького Российской академии наук, а также на 12 международных, всероссийских и отраслевых научно-технических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах и изданиях перечня ВАК, 18 публикаций в материалах научных конференций, научных журналах и сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Общий объем работы 139 страниц, 10 рисунков и 23 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведенные исследования выявили важную роль автомобильных дорог в развивающихся процессах интеграции экономики России с европейскими и другими экономическими системами, особенность этих путей и требования к ним со стороны перевозчиков. Исследования установили важную роль автомобильных дорог в транспортной системе страны для обеспечения больших объемов межгосударственных и межрегиональных сообщений и внутренних перевозок регионов.

2. Исследования выявили главные проблемы, затрудняющие качественное выполнение автомобильными дорогами своих функций, наиболее важные связаны с недостатками развития дорог, в частности прохождением их трассы через многочисленные населенные пункты. Это значительно замедляет скорость потоков, повышает аварийность, ухудшает условия проживания населения в этих зонах. Было установлено, что существующая политика развития этих дорог в связи с ростом интенсивности движения, предусматривает обходы лишь наиболее крупных центров, преимущественно городов. Эта политика не позволяет рассчитывать на решение этой проблемы в перспективе и формирование по-настоящему скоростных магистралей, как на Западе, хотя бы на важнейших направлениях коридоров.

3. В исследования диссертации были определены теоретические подходы по решению проблемы, связанной с населенными пунктами и формированию скоростных дорог с учетом реальных ограничений финансирования. Была доказана нецелесообразность расширения дорог на существующем направлении со сносом строений, намечены варианты обходов населенных пунктов, обеспечивающие поэтапное формирование новых скоростных направлений магистралей, соответствующие международным требованиям.

4. В плане решения задач диссертации разработана модель развития автомобильных дорог, обеспечивающая сопоставление намеченных вариантов развития дорог в зонах населенных пунктов на основе критерия суммарных дисконтированных затрат. Разработанная модель позволили выявить тенденцию изменения этих затрат по мере удаленности участков сравнения от застройки. Это дало возможность установить рациональные варианты развития дорог в зависимости от плотности застройки и рациональные границы использования этих вариантов.

5. Для исследования по выбору рационального варианта развития автомобильных магистралей предложен метод анализа иерархий как наиболее подходящий метод, учитывющий интересы лиц, которые воздействуют и находятся под воздействием конечного результата планирования, так и сложность прогнозирования экономических результатов стратегического планирования в области строительства дорог.

6. В работе предложена этапность развития автомобильных дорог с созданием в конечной фазе развития четырехполосных скоростных дорог, проложенных в обход населенных пунктов, без существенного превышения протяженности существующих дорог, с разделением дальних перевозок и местного движения. Эти дороги являются по-настоящему скоростными. Затраты на их создание не превысят затрат, связанных с традиционной реконструкцией дорог, обуславливаемой требованиями повышения их пропускной способности.