Методи створення і ведення транспортно-екологічного моніторингу в крупних і найкрупніших містах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми.

Інтенсивне зростання кількості автотранспортних засобів за останні десять років призвело до перевантаження ними вулично-дорожньої мережі центрів великих міст України. Це загострило соціально-економічні, санітарно-гігієнічні і технічні проблеми, пов'язані як із здоров'ям людей, так із організацією і безпекою дорожнього руху.

Відсутність єдиного комплексного підходу до проблеми розвитку автомобільного транспорту і збереження природного середовища ускладнює прийняття необхідних заходів по її вирішенню.

Розвиток автомобільного транспорту супроводжується двома протиріччями. З одного боку - досягається високий рівень задоволення потреб населення в транспортних засобах, а з іншого боку - збільшується негативний вплив на оточуюче середовище, особливо у крупних і найкрупніших містах.

Забруднення відпрацьованими газами автотранспорту атмосферного повітря, водоймищ і ґрунту, транспортний шум і дорожньо-транспортні пригоди приносять великі екологічні, економічні і соціальні збитки. На сьогоднішній день автомобільний транспорт є одним із джерел найбільшого забруднення атмосфери, частка якого складає в деяких містах України 50-90% від загального рівня забруднення, а транспортні затори у центрах міст стали звичайним явищем.

Кількість автотранспортних засобів у світі з кожним роком зростає. Зростання автомобільного парку України буде продовжуватись, незважаючи на тенденцію до зменшення кількості населення. Вже у 2000 році середній рівень автомобілізації по Україні становив 125 легкових автомобілів на тисячу жителів. Згідно з прогнозом спеціалістів кількість автотранспортних засобів до 2010 року зросте у два рази.

При такому значному зростанні автомобільного парку та зміні його структури в Україні виникає необхідність вирішення серйозних проблем, пов'язаних із шкідливими для суспільства і навколишнього середовища наслідками, що супроводжують цей процес.

Актуальність проблеми підтверджується не тільки прийнятою вперше у 1998 році в Україні ”Комплексною програмою забезпечення безпеки дорожнього руху і екологічної безпеки транспортних засобів”, але і чинним законодавством стосовно охорони природного середовища і атмосферного повітря, вимог до екологічної експертизи тощо.

У 1999 році Верховна Рада України схвалила “Концепцію сталого розвитку населених пунктів”, у якій відзначається, що сталий розвиток населених пунктів - це соціально, економічно і екологічно збалансований розвиток міських і сільських поселень. Це зумовлює удосконалення соціальної, виробничої, комунікаційно-інформаційної, інженерної, транспортної та екологічної інфраструктури. Останнє можливе шляхом удосконалення планування вулично-дорожньої мережі та організації руху транспорту згідно із санітарно-гігієнічними вимогами щодо захисту населення від надмірного шумового впливу та хімічного забруднення.

Це потребує розробки і введення в дію нових, більш ефективних, методів спостереження і належного контролю за викидами відпрацьованих газів і величинами інтенсивності дорожнього руху, особливо у крупних і найкрупніших містах України. При цьому актуальним є створення транспортно-екологічного моніторингу.

Саме транспортно-екологічний моніторинг дозволить забезпечити комплексне вирішення проблеми швидкого реагування суспільства на зміну транспортно-екологічної ситуації в містах і особливо у центрах крупних і найкрупніших міст у певні періоди доби.

Мета і задачі дослідження. Мета - розробка раціональних методів спостереження, оцінки і контролю характеристик дорожнього руху в окремих підрайонах міста в ув'язці їх з екологічними чинниками, що дозволить приймати ефективні оперативні рішення стосовно розподілу інтенсивності дорожнього руху на магістральній вулично-дорожній мережі, отримувати необхідні залежності для прогнозування моментів критичних транспортних і екологічних ситуацій.

На досягнення цієї мети направлене рішення наступних задач:

1. Оцінка існуючих методик розрахунку шкідливих викидів автотранспортом і надійності даних, що одержує існуюча спостережувальна мережа.

2. Встановлення характеристик інтенсивності дорожнього руху на вулично-дорожній мережі із застосуванням аерокосмічної зйомки.

3. Розробка процедури з удосконалення методики проведення спостереження за інтенсивністю дорожнього руху на вулично-дорожній мережі і методів прогнозування транспортно-екологічних характеристик у місті.

1. Стан повітряного басейну в містах і частка впливу автомобільного транспорту в його забрудненні

На основі існуючих наукових розробок і практичних спостережень виявлені особливості негативного впливу відпрацьованих газів автомобільного транспорту на навколишнє середовище у крупних і найкрупніших містах. Досліджені питання, пов'язані з методологією визначення негативного впливу відпрацьованих газів автотранспорту на навколишнє середовище. Встановлені особливості недостатнього контролю за екологічним станом на вулично-дорожній мережі і закономірності взаємозв'язку розвитку автомобільного транспорту і містобудівних факторів, які призводять до виникнення екологічних проблем.

У результаті аналізу наукових досліджень у вирішенні умов покращення екологічного стану території міст (внаслідок впливу відпрацьованих газів автотранспорту) робиться висновок про те, що основна увага всіх досліджень спрямована на визначення кількості шкідливих речовин і впровадження заходів зниження їхньої концентрації.

Дослідження в галузі містобудування стосуються, в основному, загальнобудівельних питань: планування і реконструкції вулично-дорожньої мережі, зовнішнього благоустрою, озеленення, використання захисних екранів і т.п. Таким чином, при проектуванні житлових районів і кварталів, а також при виборі варіантів їх реконструкції важливим моментом є встановлення критичного значення допустимої інтенсивності руху транспортних засобів в залежності від пропускної спроможності вуличної-дорожньої мережі з врахуванням екологічних факторів.

Аналіз показав, що вплив транспортно-екологічних факторів на вибір містобудівних рішень при реконструкції вулично-дорожньої мережі і транспортних вузлів враховується, але на даний час інтенсивне збільшення кількості транспортних засобів у містах призводить до неспроможності цих транспортних вузлів і вулично-дорожньої мережі (в години “пік”), пропустити всі автотранспортні засоби.

Вирішення цієї проблеми потребує комплексного підходу для всебічного вивчення шляхів використання сучасних ефективних методів отримання, обробки, накопичення і використання транспортно-екологічної інформації, встановлення комп'ютерного та лабораторного обладнання, програмного забезпечення для аналізу та передачі даних.

Такий підхід можна реалізувати, якщо створити систему програмного та інформаційного забезпечення транспортних обстежень у містах України, у якій передбачено місце для транспортно-екологічного моніторингу.

Для створення транспортно - екологічного моніторингу треба вирішити ряд наукових, технічних і організаційних задач:

- розробити схему транспортно-екологічного районування вулиць і доріг міста;

- виділити найбільш екологічно небезпечні ділянки доріг;

- визначити необхідну кількість станцій спостереження і відбору проб;

- розробити систему показників і критеріїв транспортно-екологічної оцінки, яка б дозволила науково обґрунтовано визначити транспортно-екологічний стан у підрайонах міста;

- утворити базу даних для розрахунку інтенсивності руху автотранспорту, використовуючи аерокосмічні знімки, які були зроблені в різні години;

- розробити систему оцінки і прогнозування стану вулично-дорожньої мережі за транспортними і екологічними показниками.

Дисертаційне дослідження базується на аналізі існуючих методик та можливості розробки і впровадження в Україні нових методів спостереження і контролю транспортно-екологічних показників у окремих підрайонах міста.

2. Експериментальні і теоретичні дослідження транспортних і екологічних проблем у місті

Для цього запропонована розробка екологічного паспорту міста і показана можливість застосування аерокосмічних знімків для визначення інтенсивності руху автомобільного транспорту на вулично-дорожній мережі. Як показано, при розробці екологічного паспорта міста необхідно створити базу даних вулично-дорожньої мережі міста, яка повинна ґрунтуватись на глобальному обстеженні всіх транспортних вузлів і перегонів, величин інтенсивності руху, щільності і складу потоку, рівня забруднення території відпрацьованими газами.

Під час проведення обстеження проводиться зйомка транспортних вузлів з аерокосмічних апаратів, що дозволяє проаналізувати і уточнити наявну залежність кількості викидів шкідливих речовин від інтенсивності руху .

В результаті обстеження одержуємо дані вузлових щільностей інтенсивності дорожнього руху, на основі яких будуються ізолінії коефіцієнтів нерівномірності поверхневої їх щільності.

Порядок побудови ізоліній коефіцієнтів нерівномірності поверхневої щільності інтенсивності руху транспорту може бути виконаний за різними методиками, удосконалюючи які, нами використано методику розрахунку середньодобової інтенсивності руху, розроблену на кафедрі міського будівництва КНУБА:

, (1)

де - середньодобове значення інтенсивності руху на розрахунковий рік; Па-б - кількість автотранспортних засобів, що проїхали за час від “а” до ”б” хвилин в середині однієї визначеної години, проміжок “а”-“б” приймається кратним 60 і складає 20 або 30 хвилин; Кч - коефіцієнт внутрішньогодинної нерівномірності руху, який забезпечує перехід від вибіркової інтенсивності до годинної; Кс - коефіцієнт переходу від годинної інтенсивності до добової; Кн - коефіцієнт нерівномірності руху за днями тижня; Км - коефіцієнт внутрішньомісячної нерівномірності руху; Кг - коефіцієнт сезонної нерівномірності руху; Р - середньорічний відсоток приросту інтенсивності; n - кількість років, на які виконується прогноз інтенсивності; F/t/ - функція, яка передає випадкові обставини, що впливають на розвиток транспорту.

Прийнята така методика побудови ізоліній:

1. Визначається елементарна робота по мережі:

А=Ln Pn, (2)

де Ln - довжина перегону, в км; Pn - сумарний потік, екіпажів.

2. Елементарна робота стягується до вузлів перетину магістральних мереж:

Aу=An1+An2+Ann (3).

3. Обчислюється елементарна “вузлова” площа - ду, (км2).

4. Визначаються елементарні “вузлові” поверхневі щільності руху:

Wу=(4).

5. Визначається середня поверхнева щільності руху по місту:

Wr= (5).

6. Для елементарних “вузлових” площин визначається коефіцієнт нерівномірності поверхневої щільності руху:

Rу= (6)

Рівень викиду шкідливих речовин прямопропорційний кількості автотранспортних засобів, що рухаються у окремих підрайонах чи по вулично-дорожній мережі. Порівнявши значення коефіцієнту нерівномірності поверхневої щільності і рівня викидів шкідливих речовин визначаємо зони забруднення. Для вирішення цих задач необхідно урахувати усі структурні складові міста і функціонування об'єктів транспортної інфраструктури. Використовуючи ізолінії, можна відобразити всі небезпечні ділянки території міста з розподілом їх на такі зони: надзвичайно небезпечну, дуже небезпечну, небезпечну, помірної небезпеки, малої небезпеки, безпечну з урахуванням наявності світлофорних об'єктів.

Так як в місцях розміщення світлофорних об'єктів спостерігається збільшення концентрації ГДК, необхідно нормувати їх кількість у містах, тому нами встановлено регресійні залежності:

- залежность між кількістю світлофорів і кількістю ДТП

при (7),

- залежність між кількістю світлофорів і рівнем автомобілізації

при (8)

Встановлений нами взаємозв'язок транспортно-екологічних факторів і транспортно-планувальних характеристик міста дає можливість всебічно оцінити негативні фактори, що виникають при будівництві або реконструкції вулиць і транспортних вузлів та їх експлуатації.

Використовуючи аерокосмічні знімки, необхідні технічні засоби і інформацію з банку даних, ми можемо оперативно здійснювати контроль за територією всього міста і мати можливість покращити організацію дорожнього руху і екологічний стан на всій вулично-дорожній мережі міста. Аерокосмічний або авто контроль за транспортною мережею можна виконувати періодично (наприклад, один раз у квартал). Порівнюючи отримані і попередні знімки, можна визначити коефіцієнт росту інтенсивності автотранспортних засобів, що дозволяє визначити небезпечні місця, прогнозувати стан вулично-дорожньої мережі і впровадити містобудівні заходи і заходи щодо організації дорожнього руху.

3. Методика поділу території міста на розрахункові підрайони

На прикладі міста Переяслава-Хмельницького, Київської області, нами розроблена методика структуризації його території із застосуванням елементів теорії графів для можливості майбутнього моделювання окремих його підрайонів.

При цьому застосована процедура кліткового розділення території міста, де ми використовуємо спосіб центрованого двоїчного розподілу, що забезпечує вкладення кожного наступного рівня у попередній. Це дозволяє:

- порівнювати показники цілої клітинки з показниками її частинок;

- знайти відповідний рівень зменшення розбиття, тобто знайти поріг, при якому дані по клітинках стають майже постійними і перестають залежати від геометрії вулично-дорожньої мережі.

Територія міста Переяслава-Хмельницького, у відповідності з вище наведеним, розбита на 17 квадратів зі сторонами 1,5х1,5 км, тобто площа кожного квадрата становить 2,25 км2. При цьому виділяються транспортні вузли першого, другого і третього класу, які створені перетином загальноміських магістралей між собою, загальноміських з магістралями районного значення і районних між собою.

Керуючись методикою планування проведення досліджень з інтенсивності руху транспорту, розробленою на кафедрі МБ КНУБА, нами задіяно чотири рівні ієрархії замість п'яти.

По 57 транспортним вузлам побудований орієнтований граф. На ребрах цього графа може бути відтворена інформація стосовно дозволених напрямків руху, кількості смуг руху в кожному напрямку, найбільш аварійних перегонів магістралей тощо. Для можливості подальшого безпосереднього моделювання транспортних потоків вулично-дорожньої мережі усередині кожного квадрату ми розбиваємо територію міста на окремі підрайони з мінімальною кількістю зовнішніх зв'язків. Знаючи величину вхідних транспортних потоків і задаючись індикатором розподілу їх на кожному внутрішньому перехресті, можна змоделювати величини інтенсивності дорожнього руху усередині кожного підрайону.

На прикладі Шевченківського району проведена апробація пропонованої методики розбивки територій на окремі підрайони, що дозволило встановити регресійну залежність між кількістю ДТП (кіл.ДТП) і величиною вхідних транспортних потоків у кожний підрайон (тис.шт.)

, (9)

такі закономірності можуть бути отримані для кожного району міста і застосовуватись при прогнозі транспортних характеристик у них.

Як типові, границі підрайонів можуть бути:

- смуга відводу залізниці;

- канал, ріка (набережна включно);

- наземна лінія метро;

- зелені насадження;

- границі інших адміністративних районів;

- місцеві проїзди,

- границі транспортної розв'язки (площі) і т.п.

Нами розроблений алгоритм моделі на прикладі входу А і виконано контрольний приклад для умовного транспортного потоку у 100 одиниць, що дозволяє прослідкувати розподілення його у відсотковому відношенні по всій вулично-дорожній мережі району, внаслідок чого будується картограма інтенсивності (рис. 6). Таким способом будуються картограми і для інших входів В, С, і D, сума яких дає остаточну картограму.

Ми розробили також програму Step-1 для розрахункових схем, яка дозволяє будувати картограми інтенсивності руху в кожному вузлі (вершині графа).

За допомогою картограм інтенсивності руху можна розраховувати моменти вичерпання пропускної спроможності вхідних каналів, задаючись реальними величинами транспортних потоків з розподілом їх по видах автотранспортних засобів, задавши реальні індикатори розподілу потоків у кожному вузлі.

Місто з будь-якою схемою планування може бути розбите на кінцеве число ізольованих елементів, по кожному з яких можуть бути отримані характеристики, такі як інтенсивність, щільність, пропускна спроможність, структура потоку, які повинні прийматися при розрахунках екологічної ситуації за основу.

Проведено аналіз мінімізації витрат палива при різних режимах руху і зроблено висновок, що рух у режимі, коли зайнято дві смуги (при наявності 3 смуг), а одна смуга вільна, більш вигідний за витратою палива у порівнянні з рухом, коли зайнято три смуги.

Запропоновано метод оцінювання існуючого стану вуличного-дорожньої мережі в залежності від організації дорожнього руху, який дозволяє виявити першочергові напрямки для покращення функціонування транспортної системи міста.

Розроблена методика прогнозування і моделювання інтенсивності дорожнього руху яка використовує методику теорії графів і дозволяє встановлювати щільність дорожнього руху у підрайонах і розраховувати моменти вичерпання пропускної спроможності вхідних каналів у підрайоні. Саме розбивка території міста на підрайони і можливість моделювання характеристик дорожнього руху у кожному з них дозволяє створити і вести транспортно-екологічний моніторинг міста, який може стати основою експертної системи.

Висновки

дорожній вуличний аерокосмічний

1. Транспортно-екологічний моніторинг повинен ґрунтуватися на аналізі існуючого екологічного стану території міста з оцінкою існуючих методик розрахунку шкідливих викидів автотранспортом і надійності даних, що одержує існуюча мережа пунктів спостереження, а також на встановленні закономірностей розподілу інтенсивності дорожнього руху на вулично-дорожній мережі із застосуванням аерокосмічної зйомки.

2. Розроблено методику створення системи спостереження за вулично-дорожньою мережею міста, яка включає такі методи:

- проведення спостереження за транспортними потоками на вулично-дорожній мережі і їх моделювання;

- розподіл території міста на розрахункові підрайони;

- розробка екологічного паспорта міста;

3. Ведення транспортно-екологічного моніторингу повинно базуватися на проведенні вибіркових реальних обстежень транспортних вузлів і вулично-дорожньої мережі з використанням аерокосмічних знімків, а також на прогнозуванні екологічних характеристик у підрайонах міста.

4. Внаслідок проведення дисертаційного дослідження отримано такі результати:

- розроблено програму Step-1 для побудови картограм інтенсивності руху автотранспортних засобів у підрайонах міста, які при веденні транспортно-екологічного моніторингу дозволяють приймати рішення щодо перерозподілу транспортних потоків або заборону руху автотранспортних засобів на вулично-дорожній мережі у окремі години чи дні тижня;

- встановлено регресійні залежності між кількістю світлофорів і кількістю ДТП, а також між кількістю світлофорів і рівнем автомобілізації;

- встановлено типову регресійну залежність між ДТП і інтенсивністю руху.

5. Впровадження результатів дисертації в практику буде сприяти покращенню екологічного стану і коефіцієнтів використання пропускної спроможності вулично-дорожньої мережі міста.

6. Дальше дослідження повинно бути направлене на створення експертних систем транспортно-екологічного моніторингу із застосуванням новітніх ГІС технологій.

Література

1. Степанчук О.В. Принципи створення транспортно-екологічного моніторингу// Містобудування та територіальне планування. К.: КНУБА, 2001. - №9. - С. 275-280.

2. Степанчук О.В. Проблеми охорони міських земель від забруднення // Землевпорядний вісник. - 2001.-№4. - С.78-81.

3. Степанчук А.В. Экологический паспорт города // Містобудування та територіальне планування. К.: КНУБА, 2001. - №10. - С. 189-195.

4. Рейцен Є.О., Степанчук О.В. Розробка транспортно-екологічного моніторингу в містах України // Безпека дорожнього руху України. К.: НДЦБДР, 2002, №1(12).-С. 26-32.

5. Рейцен Є.О., Кучеренко Н.М., Степанчук О.В. Земельний кадастр і транспортний моніторинг міста //Землевпорядний вісник. - 2002. - №2. - С. 28-31.

6. Рейцен Є.О., Степанчук О.В.. До питання розробки експертних систем транспортно-екологічного моніторингу// Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - № 6 - С.49-53.

7. Степанчук О.В., Рейцен Є.О. Оптимізація транспортних потоків у підрайонах міста. // Містобудування та територіальне планування. К.: КНУБА, 2003. - №15. - С. 211-224.

8. Рейцен Е.А., Степанчук А.В. Моделирование транспортных потоков в городах и мониторинг.// Социально - экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния / Материалы VII международной (десятой екатеринбургской) научно - практической конференции. - Екатеринбург: УрГЭУ. - 2001. - с.-110-113.

Размещено на Allbest.ru