Исследовательский проект по оптимизации маршрутной сети г. Екатеринбург

Размещено на http://allbest.ru

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области

«КРАСНОУРАЛЬСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Дипломная работа

на тему: Исследовательский проект по оптимизации маршрутной сети г. Екатеринбург

Выполнил студент:

Проверил преподаватель:

Екатеринбург2017



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЗНАЧЕНИЕ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОРОДА

1.1 Роль пассажирского транспорта в инфраструктуре города

1.2 Анализ опыта формирования рациональных маршрутных схем пассажирского транспорта в крупных городах

1.3 Методические основы оптимизации маршрутных схем городского пассажирского транспорта

1.4 Методика совершенствования маршрутной схемы транспорта

2. ИССЛЕДОВАНИЕ МАРШРУТНОЙ СЕТИ Г.ЕКАТЕРИНБУРГА

2.1 Текущее состояние системы пассажирского транспорта общего пользования в г. Екатеринбург

2.2 Основные направления усовершенствования маршрутной сети г. Екатеринбурга

2.3 Анализ предложенной и существующей маршрутной сети

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современных крупных городах неотъемлемой частью жизнедеятельности человека является пассажирский транспорт. Его роль заключается в сокращении времени, затрачиваемого населением на перемещения. Для городов, застройка которых сформирована под влиянием исторических факторов, улично-дорожная сеть, как правило, не подготовлена для пропуска интенсивных транспортных потоков. В часы «пик» транспортная система города перегружена индивидуальным пассажирским транспортом (80-90 %) и провоцирует заторы на основных магистралях.

В настоящий период времени, несмотря на значительное преобладание в составе пассажирского транспортного потока индивидуальных автомобилей, основной объем пассажирских перевозок приходится на общественный транспорт (60-70%).

В сложившихся условиях разгрузка дорожной сети города и повышение удобства движения возможно за счет реализации мероприятий, направленных на обеспечение требуемых значений транспортно-эксплуатационных характеристик дорог города, предназначенных для движения общественного транспорта.

К сожалению, ранее разработанные методы проектирования оптимальных маршрутных схем не адаптированы к современным условиям развития крупных городов, т.к. не учитывают взаимодействие транспортных потоков с городскими магистралями.

Кроме того, при формировании действующих норм проектирования (СНиП 2.07.01-89*), недостаточное внимание уделено критериям оптимизации, позволяющим проводить всесторонний анализ рациональности вариантов маршрутных схем и составляющих их отдельных маршрутов. В существующих подходах к проектированию отсутствуют методы расчета скоростей сообщения пассажирских автомобилей, как одного из основных критериев оптимизации, в полной мере учитывающих особенности организации движения транспортных потоков на улично-дорожной сети крупного города и ее транспортно- эксплуатационное состояние.

В области проектирования систем городского пассажирского транспорта основополагающими являются труды А.П. Александрова, Л.А. Бронштейна, А.Х. Зильберталя, В.С. Ларионова, А.А. Полякова, Д.С. Самойлова. Развитию научно обоснованных методов конструирования автобусных маршрутных схем посвящены работы Б.Л. Геронимуса, Д. Джумаева, М.Е. Антошвили, В.М. Бунеева, Г.А. Варелопуло, И.В. Спирина, М.В. Хрущева. Ф.Г. Глика, С.Ю. Ольховского, В.В. Яворского.

Объект исследования - маршрутная схема городского пассажирского транспорта в г. Екатеринбурге.

Предмет исследования - методы совершенствования маршрутных схем городского пассажирского транспорта.

Цель работы - исследовать возможности оптимизации маршрутной сети г. Екатеринбурга.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы следующие задачи:

Для реализации поставленной цели были использованы следующие научные методы исследования: метод теоретического поиска, анализа и систематизации. Метод теоретического поиска применяется для подбора и обработки необходимой литературы.



1. ЗНАЧЕНИЕ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОРОДА

1.1 Роль пассажирского транспорта в инфраструктуре города

Жизнедеятельность города обеспечивается его инфраструктурой, в которой далеко не последнее место занимает транспортная система и пассажирский транспорт. По своему назначению городской пассажирский транспорт (ГПТ) подразделяется на массовый (общественный) и индивидуальный транспорт (ИТ), а в соответствии с организацией движения - на маршрутные и немаршрутные. Бурлуцкий, А.А. Анализ опыта формирования оптимальных мар- шрутных схем городского пассажирского транспорта / А.А. Бурлуцкий. // Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ, 2013. - №2. - С. 371-380.

Движение массового пассажирского транспорта осуществляется по заранее установленным и оборудованным направлениям - маршрутам. Как правило, по такому принципу осуществляются пассажирские перевозки массовым транспортом (МТ), к которому, относят автобус, троллейбус, трамвай, метрополитен и другие виды. МТ характеризуется, высокой вместимостью, которая, в зависимости от вида подвижного состава, может составлять от 20 до 200 и более человек. Альтернативой описанному выше способу организации движения является свободный принцип, на основе которого организовано функционирование немаршрутного ГПТ. Этот принцип, прежде всего, характерен для ИТ, основную долю которого составляют легковые автомобили. Вместимость таких автомобилей на порядок ниже ОТ и, как правило, не превышает 5 человек.

ГПТ следует рассматривать как своеобразный усилитель способности людей к передвижению. Так, городской автобус, имея среднюю скорость сообщения 18-20 км/ч, ускоряет передвижение городского жителя в 4-5 раз, а более мобильный легковой автомобиль развивает большую скорость и позволяет осуществлять перемещения «от двери до двери» - в 6-10 раз.

Независимо от рода своей деятельности, трудоспособное население городов осознает особое социальное, политическое, экономическое и экологическое значение ГПТ. В свою очередь, высокая значимость этой инфраструктуры города предъявляет жесткие требования к качеству обслуживания пассажиров. Социальная роль ГПТ проявляется в обеспечении свободы перемещений городского жителя практически во весь период его сознательной жизни, особенно для малоимущих людей, инвалидов и граждан с детскими колясками, для которых этот транспорт является единственным доступным средством передвижения. Политическое значение заключается в обеспечении стабильности и безопасности жизнедеятельности городского населения, а с позиции экономики, обеспечивает доставку населения к местам приложения труда и обратно. В современных условиях, ха- рактеризующихся высокими темпами роста уровня автомобилизации, наиболее актуальным является экологическое значение ГПТ, которое выражается в резком снижении нагрузки на окружающую среду обитания человека. Болоненков, Г.В. Моделирование развития и функционирования систем городского пассажирского транспорта / Г.В. Болоненков, А. Багдасаров, У. Умаров. - Ташкент: Б.и., 2013. - С.58

В таблице 1 представлена сравнительная характеристика основных маршрутизированных видов пассажирского транспорта, характерного для крупного города, что позволяет раскрыть их преимущества и недостатки.

Таблица 1

Сравнительная характеристика различных видов ГПТ

Характеристика	Автобус	Троллейбус	Трамвай	Метрополитен
Средняя скорость сообщения	18-20	17	36
Изолированность от транспорт- ного потока	Отсутствует	Частичная	Полная
Возможность оперативной кор- ректировки маршрута	Имеется	Ограничена	Существенно ограничена	Не имеется
Устойчивость работы при зато- рах на трассе маршрута	Сохраняется полная	Частичная	Отсутствует
Возможность использования комбинированного режима движения на маршруте	Имеется	Отсутствует
Возможность быстрого маневра подвижным составом
Экологичность	Низкая	Средняя	Высокая
Затраты на организацию движения	Незначит.	Умеренные	Средние	Очень высокие
Потребность в городских землях	Движение организуется по существующим улицам	Полоса отвода 6,8-7,4 м или совместное движение	Полоса отвода 12 м на от- крытых лини- ях
Потребность в ежедневной за- правке топливом	Имеется	Отсутствует
Безопасность перевозок	Удовлетворительная	Высокая
Индекс затрат на перевозки (автобус принят за единицу): - капитальных на 1 км пути, - себестоимости перевозок	1 1	2,5 1,05
Необходимость в инвестициях и эксплуатационных затратах: - в подвижной состав - в контактно-кабельную сеть - в путевое хозяйство - в специальные сооружения	есть нет нет нет	есть есть нет нет	есть есть есть нет	есть есть есть есть

В условиях современного крупного города основной объем пассажирских перевозок осуществляется преимущественно общественными видами транспорта, среди которых наибольшее распространение получил автобус. пассажирский транспорт екатеринбург маршрутный

Положительными качествами пассажирского автобуса являются высокая маневренность и отсутствие необходимости больших капиталовложений на организацию перевозочного процесса, т.к. основные затраты связаны только лишь с устройством начальных, конечных и промежуточных остановочных пунктов. Автономность работы автобусов позволяет оперативно вносить локальные корректировки в маршрутную схему при временном изменении организации движения, например, в ходе дорожно-строительных работ, а также совершенствовать ее вследствие развития городских территорий.

Среди недостатков этого вида транспорта отмечают загрязнение окружающей среды выхлопными газами и сравнительно низкую провозную способность, относительно других видов массового пассажирского транспорта.

Что касается электротранспорта, несмотря на его более высокую провозную способность, маневренность троллейбуса ограничена. Троллейбус привязан к контактной сети, а трамвайные вагоны полностью лишены возможности маневрировать в транспортном потоке. Также следует отметить, что троллейбус более требователен к качеству дорожного покрытия и по условиям электробезопасности и не может эксплуатироваться во время продолжительных ливней. Трамвайные пути создают помехи другим транспортным средствам и поэтому они должны располагаться обособленно, что требует выделения дефицитных городских территорий. Электрический транспорт получил распространение на маршрутах с мощ- ными и устойчивыми пассажиропотоками. Богомолов, A.A. Оптимизация маршрутов городского пассажирского транспорта в средних городах: дис. … канд. техн наук: 05.22.10 / Богомолов Анд- рей Александрович. - Вологда: Вологда, 2012. - С.112

Согласно исследованиям, общая тенденция стабилизации состояния экономики необратимо влечет за собой повышение уровня благосостояния населения. В результате этого происходит увеличение экономической активности населения, которое проявляется ростом транспортной подвижности граждан, а так- же предъявлением более высоких требований к своей мобильности и комфорту при перемещениях по городу. Очевидно, что ежедневное использование индивидуального автомобиля в этих условиях становится более привлекательным, в результате чего он занимает второе место по объему перевозок среди видов пассажирского транспорта. Владение легковым автомобилем представляет значительные удобства, т.к. передвижение совершается «от двери к двери», причем довольно в комфортных условиях.

Однако, малая провозная способность и потребность большой площади проезжей части указывает на нецелесообразность использования этого вида транспорта для обслуживания массовых перевозок, сосредоточенных в определенные периоды дня и имеющих устойчивый характер, каковыми являются трудовые передвижения. Следует также отметить высокое удельное потребление энергетических ресурсов на совершение поездок на легковом автомобиле и связанное с этим загрязнение воздушного бассейна городов выхлопными газами, поскольку этот вид транспорта в расчете на 1 пасс.-км потребляет топлива в 4-6 раз больше чем автобус.

Несмотря на сказанное, очевидно, что транспортное обслуживание не может быть обеспеченно исключительно массовыми видами транспорта. Индивидуальные легковые автомобили имеют нисколько не меньшее значение в организации перевозочного процесса, т.к. только они могут полностью удовлетворить потребности населения в реализации основного объема культурно-бытовых передвижений, характеризующихся сложностью и разнообразием связей.

Процесс автомобилизации, стремительно развернувшийся в послевоенный период в городах США и западной Европы, вызвал волну серьезных кризисных явлений, которые сопровождались транспортными заторами, снижением скоростей движения автомобилей и, наконец, ростом дорожно-транспортных происшествий.

Уже тогда специалистам стало очевидно, что улично-дорожные сети городов, сформированные, в основном, до массового распространения автомобилей, не отвечают требованиям интенсивных транспортных потоков. Несмотря на это, процесс безудержной автомобилизации продолжается и до сих пор, достигая в развитых странах критических значений.

Наиболее высокий уровень использования личных автомобилей наблюдается в США, где долгое время политика в транспортной сфере способствовала ликвидации массового пассажирского транспорта. В дальнейшем многие американские специалисты признали ошибочность принятого направления и необходимость выбора европейского курса развития городов, проводя активную политику поощрения выбора пассажирами МТ.

При этом комплекс разработанных и успешно реализованных ими мер позволил если не снизить долю использования личных автомобилей, то хотя бы сократить темпы ее роста.

В тоже время, зарубежные исследователи отмечают, что только одно повышение привлекательности МТ не позволяет достичь желаемого уровня снижения интенсивности городских транспортных потоков, поскольку незначительный процент людей, сталкиваясь с проблемой выбора способа перемещений, реагирует на такие изменения и корректирует при этом свои предпочтения. К тому же, отвлечению внимания от массового пассажирского транспорта в значительной степени способствует давление автомобильной про- мышленности. В конечном счете, у автомобилистов развивается привычка пользования именно личным транспортом.

Особенностям взаимодействия МТ и ИТ уделено внимание в трудах.

По оценкам специалистов Россия отстает от развитых стран по уровню автомобилизации более чем на 20 лет. При этом, крупные и крупнейшие города России, повторив ошибки подобных городов других стран в транспортном развитии, в настоящее время испытывают те же проблемы.

В данный момент степень развития ГПТ в нашей стране отстает от потребностей населения.

С одной стороны, это обусловлено довольно низкими темпами строительства и реконструкции городских магистралей. Так, доля городской территории, приходящаяся на транспортные коммуникации, долгое время не увеличивалась, составляя около 10-15 %. С другой стороны, реализуемые мероприятия отражают, в большей степени, интересы пользователей личных автомобилей, т.к. этот вид транспорта на 80-90 % формирует городской транспортный поток. Учет же при модернизации транспортного каркаса города маршрутизированных видов ОТ, представленных незначительной долей в структуре транспортного потока, но при этом выполняющих основной объем пассажирских перевозок, производится недостаточно и, как правило, сопровождается локальной корректировкой трассы отдельных маршрутов.

Особенно остро транспортные проблемы проявляются в крупных городах, сформированных под влиянием исторических факторов, где вследствие недостаточной развитости магистральной сети улиц и дорог, затраты времени пассажиров на поездку значительно превышают предельно допустимые значения.

В итоге нарушается основной принцип развития системы ГПТ, сформулированный французским архитектором Ле Корбюзье: «Ни один город не может расти быстрее, чем растет его транспорт». В свою очередь, строительство новых магистральных улиц и дорог потребует высвобождения городских территорий, а значит, обязательно будет сопровождаться сносом сложившейся застройки.

Гуманным решением этой задачи могло бы быть рациональное использование подземного и надземного пространства, однако, это потребует колоссальных капиталовложений. В настоящее же время можно наблюдать обратные крайне негативные явления, такие как безудержное строительство новых жилых микрорайонов и хаотичная точечная застройка центральной части, что приводит не только к перегрузкам отдельных транспортных магистралей, но и всей инженерной инфраструктуры города.

Исследования комплексных транспортных систем городов и их агломераций в увязке с проблемами функционирования массового городского пассажирского транспорта отражены в трудах.

Современный период функционирования крупных городов характеризуется явной диспропорцией в формировании приоритетов развития массового и индивидуального пассажирского транспорта.

Так, проявление некоторой активности в реализации мероприятий, направленных на модернизацию УДС крупных городов, наблюдаемой в последнее время в России, практически не сопровождалось корректировкой маршрутной схемы пассажирских видов транспорта. Следует отметить, что в этих же условиях развитие МТ, обеспечивающего основную часть пассажирских перевозок, потребовало бы на порядок меньших капиталовложений.

Активные темпы освоения свободной городской территории и периферийных зон под массовое жилищное строительство и крупные торгово-развлекательные ком- плексы приводят к перегрузкам, как отдельных транспортных магистралей, так и всей инженерной инфраструктуры города. В свою очередь, это способствует усилению противопоставления конкурирующих видов пассажирского транспорта и, в итоге, выводит обозначенную проблему на самый высокий градостроительный уровень.

Исходя из выше сказанного очевидно, насколько важна роль ГПТ во всех сферах жизнедеятельности человека, которая, прежде всего, проявляется в сокращении времени при перемещении граждан по городу. Для решения данной задачи возникает необходимость в рациональном начертании маршрутов ОТ, основным их которых является автобус. Вопросами совершенствования автобусных маршрутных схем, начиная с 30-х годов прошлого столетия, занимаются ученые всего мира. Следующий параграф посвящен подробному анализу накопленной информации.

1.2 Анализ опыта формирования рациональных маршрутных схем пассажирского транспорта в крупных городах

В настоящий период времени массовые пассажирские перевозки в крупных городах осуществляются по маршрутной схеме, сложившейся за длительный период времени, но при этом функционирующей далеко не оптимально. В процессе развития города его маршрутная схема нуждается в периодическом пересмотре, вызванном появлением новых жилых микрорайонов, сменой мест приложения труда, а также, модернизацией УДС города.

При оптимизации маршрутной схемы массового пассажирского транспорта в городах с плотной застройкой корректируются преимущественно автобусные маршруты, как наиболее мобильные и не требующие при изменении трассы значительных капиталовложений. В то время как электрический транспорт, имеющий дорогостоящие путевые устройства, стараются организовывать по направлениям достаточно устойчивых и интенсивных пассажиропотоков, поэтому их корректировка обусловлена значительными изменениями в расселении граждан.

Изменения в автобусной маршрутной схеме, связанные с появлением новых маршрутов, продлением или укорочением существующих, отменой или переносом остановочных пунктов, осуществляется довольно часто и обычно не имеют должного обоснования, поскольку подкреплены лишь жалобами населения и предложениями перевозчиков. В этих условиях, возникает необходимость в применении более обоснованных методов принятия решений.

Формирование рациональной системы массового городского пассажирского транспорта должно включать в себя решение ряда задач, среди которых следует выделить:

· выбор и прокладка маршрутов следования ГПТ;

· обоснование типа и количества транспортных средств;

· разработка расписаний и оптимизация режимов движения на маршру-те.

Выбор маршрутов следования ГПТ и последующее формирование мар- шрутной схемы являются важными этапами разработки эффективной транспорт- ной инфраструктуры города. От того, насколько рационально разработана маршрутная система, и как удачно и гармонично она интегрирована в УДС города, зависят затраты времени населения на пере- движения и эффективность использования подвижного состава.

В дальнейшем будут рассмотрены методы трассирования автобусных маршрутов, на основе которых формируются варианты схем, и в конечном итоге, выбор наиболее рациональной схемы.

Вопросам формирования оптимальных маршрутных схем городских автобусов посвящено достаточно большое количество работ. Основываясь на мнении В.Д. Герами, существующие подходы к разработке рациональных маршрутных схем ГПТ можно разделить на три группы:

1) экспертная оценка, основанная на неформализованном анализе существующего состояния маршрутной схемы;

2) частичная автоматизация процесса разработки, при этом эксперт работает с ЭВМ в диалоговом режиме, самостоятельно оценивая некоторые результаты и принимая окончательное решение;

3) применение жестко формализированных математических моделей при разработке маршрутной схемы в полностью автоматическом режиме на ЭВМ.

В России проблемами формирования маршрутных схем пассажирского транспорта начали заниматься с 30-40 гг. 20 столетия. Первыми работами, ставшими фундаментальными для последующих исследований, следует отметить работы А.П. Александрова, Л.А. Бронштейна, А.Х. Зильберталя, В.С. Ларионова, А.А. Полякова, Д.С. Самойлова. Основное внимание в работах исследователей уделено формированию комплекса требований, предъявляемых к маршрутной схеме, которые включают в себя необ- ходимость учета данных о фактических перемещениях граждан по территории города.

Этот факт способствовал появлению соответствующих критериев оптимизации, в соответствии с которыми трасса маршрута между корреспондирующими пунктами сети должна проходить по кратчайшему пути. При этом между собой сравнивались все возможные варианты маршрутных схем по множеству показателей.

Однако, с учетом того, что для крупного города количество связей между выделенными городскими районами может достигать больших значений, сравнить все возможные варианты маршрутных схем практически невыполнимая задача. По мнению авторов необходимо стремиться, чтобы выбранная комбинация маршрутов характеризовалась минимальными общими затратами времени всех пассажиров на передвижения. Однако, методы построения трасс маршрутов и рекомендации по формированию маршрутной схемы, рассмотренные в работах авторов, громоздки, хотя общие положения по их проектированию были сформулированы и положены в основу последующих исследований. Болоненков, Г.В. Моделирование развития и функционирования систем городского пассажирского транспорта / Г.В. Болоненков, А. Багдасаров, У. Умаров. - Ташкент: Б.и., 2013. - С.119

С развитием экономико-математических методов ознаменован новый этап в формировании научных знаний о функционировании систем маршрутизированного ГПТ, центральное место в котором занимает работа, выполненная в 1962-1963 гг. под руководством Б.Л. Геронимуса в государственном научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (НИИАТ). Позднее под его руководством Д. Джумаев (МАДИ) выполнил диссертационную работу, посвященную разработке методики расчета схем массового пассажирского транспорта в городе с применением математических методов. Для выбора оптимальной схемы автобусных маршрутов ученые предложили пользоваться методами комбинаторного анализа, которые позволили провести целенаправленный отбор вариантов маршрутной схемы, к тому же подобные задачи уже были успешно решены на железнодорожном транспорте.

Однако, следует отметить, что решение подобных задач требует значительных затрат времени, поскольку работы выполнялись вручную. К тому же отсутствуют значимые ограничения, позволяющие уменьшить количество маршрутов-кандидатов и, следовательно, сравниваемых вариантов маршрутных схем. Среди них: возможность организации конечных пунктов только в ограниченных местах, ограничение минимальной или максимальной длины маршрутов, возможность задания маршрутов, которые обязательно должны быть включены в маршрутную сеть, либо исключены из неё.

Дальнейшее развитие методы, разработанные Б.Л. Геронимусом и Д. Джумаевым, получили в работах М.Е. Антошвили, В.М. Бунеева, Г.А. Варелопуло, И.В. Спирина, М.В. Хрущева и других. В 1974 году авторами предложены методы, сокращающие количество сравниваемых вариантов, а именно ? исключение нереальных вариантов маршрутов, ввод маршрутов, изменение которых нецелесообразно, и, наконец, использование более современного математического аппарата. Авторы первыми применили для решения задачи выбора рациональной схемы маршрутов ЭВМ, что позволило значительно сократить трудоемкость работ и повысить их качество.

В основу решения задачи положен направленный отбор вариантов маршрутов, который позволяет получить конечный вариант, обеспечивающий минимальные затраты времени граждан на перемещения. Кроме того, авторы предложили придерживаться ряда критериев, включающих протяженность маршрутов; перечень утвержденных и запрещенных маршрутов; минимально допустимый коэффициент использования вместимости автобусов; максимально допустимый интервал движения; максимально возможное число автобусов на маршрутах; минимальное число пассажиров, проезжающих между конечными пунктами.

Изложенный подход к формированию маршрутной схемы положительно оценен специалистами и получил последующее развитие в трудах ученых более позднего периода.

Однако, на наш взгляд, этому методу присущи некоторые недостатки, основным из которых является отсутствие учета критериев, характеризующих уровень развития маршрутной схемы, количество совершаемых пересадок и непрямолинейность поездок.

Следует также отметить, что принцип отбора связей ориентирован, прежде всего, на создание маршрутов из наиболее протяженных цепей, соединяющих конечные пункты по кратчайшему расстоянию.

С одной стороны, это позволило полностью формализовать процесс проектирования маршрутов, что исключает возможность ошибки проектировщика, но, с другой стороны, при выборе трассы маршрута на данном этапе не принимается во внимание потребности населения. На наш взгляд, более приемлем способ, при котором маршрут конструируют путем комбинирования отдельных кратчайших путей, соответствующий наибольшему значению пассажиропотока.

В этом случае, соединение остальных пунктов маршрута может осуществляться не по кратчайшему расстоянию, что при обслуживании более низкого пассажиропотока не является критичным. К тому же анализ таких путей даст возможность расширить круг альтернатив, что, в конечном счете, возможно, позволит найти более рациональный вариант начертания маршрутной схемы.

К тому же и авторы отмечают неэффективность вариантного метода проектирования городских транспортных систем (ТС), включая маршрутные схемы, вследствие неоднозначности принимаемых решений. На основе накопленного опыта ученые предлагают общий алгоритм формирования транспортной системы города, который заключается в реализации идеи машинного итерационного наращивания. При этом формируется избыточный полигон наземных путей сообщения, включающий всю УДС.

Следует отметить, что предложенный подход не достаточно четко формализован и поэтому нуждается в дальнейшей доработке. К тому же и сами авторы алгоритма подчеркнули, что пока он представлен в виде идеи и в последующем потребует уточнения, особенно в части выбора критериев оптимизации.

Вопросы совершенствования автобусных маршрутных схем путем более обоснованного выбора типа транспортного средства по вместимости и перераспределения их по маршрутам рассмотрены в работах Э.А. Сафронова и К.Э. Сафронова. Авторами предложена методика совершенствования маршрутной схемы, основная цель которой состоит в поэтапной разгрузке УДС от транспортных потоков при постепенном увеличении объемов пассажирских перевозок.

В качестве основных показателей приняты величина провозной способности ГПТ и показатель суточной загрузки УДС города транспортными потоками в приведенных единицах (авт.-км/сут.). При этом задача снижения загруженности УДС города при сохранении или росте провозной способности подвижного состава решается путем оптимизации структуры парка по вместимости и численности. Предложенная исследователями методика совершенствования маршрутных схем положена в основу геоинформационной компьютерной программы, разработанной в СибАДИ.

Однако, следует отметить, что предложенная методика направлена на совершенствование маршрутной схемы с позиции оптимизации подвижного состава и не рассматривает подробно вопросы проектирования рациональных трасс автобусных маршрутов. Тем не менее, отмеченное выше, не снижает ценности научных разработок, выполненных под руководством Э.А. Сафронова.

Позднее аналогичный подход к совершенствованию маршрутной схемы наземного транспорта рассмотрен О.А. Пытылаевой в своей научной работе. По мнению автора, предложенный алгоритм формирования маршрутной схемы позволяет, в зависимости от изменения транспортной ситуации в городе, принять решение, обеспечивающее разгрузку основных магистралей.

Блатнов М.Д. привел два подхода к оптимизации маршрутной схемы. При первом в качестве основного критерия принимается сокращение затрат времени на поездки. Второй подход заключается в формировании маршрутной схемы с высокой степенью взаимосвязанности, при этом основным критерием является минимум пересадочности. В своей работе автор рассматривает последовательность формирования рациональной маршрутной схемы, основанную на втором методе.

Среди способов проектирования схемы автобусных маршрутов особо следует отметить принцип последовательного конструирования, рассмотренный в трудах Ф.Г. Глика, С.Ю. Ольховского и В.В. Яворского. Гликом Ф.Г. был предложен метод реконструирования существующей схемы маршрутов, основанный на последовательном приближении к оптимальному решению посредством диалогового режима работы проектировщика и ЭВМ, который позволил учесть критерии и факторы, не поддающиеся формализации.

В то же время С.Ю. Ольховский и В.В. Яворский в развитие подхода предложили более подробные математические модели и алгоритмы формирования рациональной маршрутной схемы ГПТ, позволяющие скорректировать предварительную сеть по одному из следующих критериев: минимум времени перевозки, равномерное распределение пассажиропотока по маршрутам, рациональное распределение транспортных единиц по маршрутам.

Общими вопросами организации и совершенствования маршрутной схемы ГПТ занимались такие ученые как A.A. Богомолов, В.М. Вейцман , П.Ф. Горбачев, В.А. Гудков, Т.М. Джваршейшвили , В.К. Доля , И.А. Ульяновский, Ч.Д. Шавыраа и другие. Богомолов, A.A. Оптимизация маршрутов городского пассажирского транспорта в средних городах: дис. … канд. техн наук: 05.22.10 / Богомолов Анд- рей Александрович. - Вологда: Вологда, 2012. - С.118

Анализ опыта маршрутизации городских пассажирских перевозок, сформированный на протяжении более 80 лет, показал, что существующие методы по- строения оптимальных маршрутных схем требуют уточнения своих положений. Прежде всего, это связано с необходимостью адаптации применяемых в них алгоритмов к современным условиям функционирования крупных городов, связанных с нарастающей конкуренцией между массовым и индивидуальным транспортом. К тому же, отсутствие в ходе оптимизации маршрутных схем учета транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети, затрудняет поиск эффективных проектных решений, способствующих снижению транспортных затрат времени населения на перемещения по городу.

Таким образом, опираясь на вышесказанное, совершенно очевидна необходимость дальнейшего развития методики реформирования маршрутной схемы, с учетом уже накопленного положительного опыта маршрутизации, в увязке с усовершенствованием транспортно-эксплуатационного состояния городской дорожной сети, поскольку они являются неразрывными звеньями транспортной системы города. Учитывая, что одним из основных параметров оптимизации маршрутной схемы служит время затрачиваемое гражданами на перемещения по городу, которое определяется скоростью движения транспорта, необходимо провести анализ методов ее расчета.

1.3 Методические основы оптимизации маршрутных схем городского пассажирского транспорта

Авторы отмечают, что выбор рациональной схемы маршрутов занимает одно из важнейших мест среди вопросов организации работы массового пассажирского транспорта. От того насколько рационально запроектирована маршрутная схема зависят затраты времени пассажиров на передвижение по городу. Поэтому вполне заслужено маршрутную схему называют важнейшим звеном системы пассажирских перевозок и рассматривают на одном уровне с УДС города.

Как уже было отмечено, общественный пассажирский транспорт организован по маршрутному принципу, поскольку только так возможно осуществлять постоянные массовые перевозки и обеспечивать регулярную связь между отдельными районами города.

Каждый маршрут характеризуется номером, наименованием начальных, конечных и промежуточных пунктов, протяженностью, количеством и типом обслуживаемых транспортных средств, а также интервалом движения. К более сложным параметрам отдельного маршрута, следует отнести: скорость сообщения, количество перевозимых пассажиров, среднее расстояние поездки пассажиров по маршруту, коэффициент непрямолинейности поездок пассажиров и некоторые другие.

По общему признанию специалистов, маршруты классифицируются по следующим признакам: характеру движения; виду транспорта; расположению относительно территории города; классу транспортных связей; форме организации перевозочного процесса; режиму работы; а также по интервалу между поездками.

Совокупность маршрутов одного из видов общественного пассажирского транспорта образует маршрутную схему. Для обозначения комплексного характера взаимодействия маршрутных схем отдельных видов ГПТ применяют термин - маршрутная система, что означает увязанные во времени и пространстве все маршрутные схемы действующих в городе видов пассажирского транспорта.

Одна из важнейших задач оптимизации ГПТ состоит в установлении такой маршрутной системы, которая максимально будет удовлетворять потребности жителей города в транспортных перемещениях. Оптимизацию маршрутной системы необходимо выполнять комплексно, учитывая взаимодействие основных ее элементов. Если на территории крупного города функционирует несколько видов пассажирского транспорта, корректировку выполняют, как правило, автобусных маршрутов, характеризующихся высокой мобильностью. Оптимизацию троллейбусных и трамвайных маршрутов выполняют при условии существенных изменений в расселении граждан, что обусловлено необходимостью значительных капи- таловложений в их переустройство.

Для решения вопросов повышения эффективности функционирования маршрутной схемы ГПТ требуются сведения о потребностях граждан в передвижениях, которые представляют в виде матрицы корреспонденций между отдельными районами города.

Кроме того, межрайонные передвижения населения могут быть установлены анкетным методом. При этом рекомендуется выбирать период времени с максимальным и, по возможности, стабильным количеством поездок. Таким периодом может быть как один час, так и произвольный промежуток времени, определяющий утренний или вечерний «час пик». Этим условиям в большей степени отвечают трудовые корреспонденции, для изучения которых, по мнению автора, рационально выбирать утренний период буднего дня одного из зим- них месяцев. Агасьянц, А.А. Развитие сети автомобильных магистралей в крупнейших городах: монография / А.А. Агасьянц. - М.: Издательство АСВ, 2014. - С.96

Анализ требований, предъявляемых к ГПТ, представленный в литературных источниках, позволил выделить главные принципы оптимизации маршрутных схем движения:

1) Применять вариантное проектирование, основанное на критериях оптимизации.

2) Обеспечивать максимальные скорости сообщения с целью минимизации затрат времени населения на поездки.

3) Выбирать направление маршрутов, соответствующих устойчивым пассажиропотокам, сохраняя их равномерное распределение по транспортной сети города.

4) Обеспечивать наиболее полную интеграцию маршрутной схемы с магистральной УДС города, при которой будет достигаться максимальный суммарный социально-экономический эффект от функционирования всех видов городского транспорта, включая индивидуальный.

5) Трассировать маршруты таким образом, чтобы исключить их взаимное дублирование на отдельных участках городских магистралей, обеспечивая при этом бесперебойность перевозок в аварийных ситуациях.

6) Обеспечивать минимальную пересадочность сообщений.

7) Координировать работу АМС со схемами других видов массового городского пассажирского транспорта.

8) Размещать конечные пункты на свободной от застройки территории, как правило, вне центральной зоны города.

9) Учитывать при проложении трасс автобусных маршрутов геометрические параметры элементов магистральной сети, дорожные условия, особенности организации движения и архитектурно-планировочные факторы.

Применение принципа многовариантности обусловлено сложностью и неоднозначностью задачи маршрутизации ГПТ и продиктовано необходимостью подбора наиболее оптимального решения. В общем случае, поиск наиболее рационального варианта схемы автобусных маршрутов относится к числу задач, решаемых методами комбинаторного анализа. Для этого необходимо сравнить все возможные комбинации маршрутов, число которых для крупного или крупнейшего города столь велико, что при сплошном переборе вариантов необходимый результат может быть получен за неприемлемое время.

Поэтому для решения поставленной задачи, даже при наличии современных компьютерных технологий, актуально применение методов, позволяющих снизить количество возможных вариантов. По мнению автора этого можно достичь в результате реализации одного из двух подходов. Первый заключается в исключении нереальных и неконкурентоспособных вариантов, второй основан на использовании идеи отбора для детального рассмотрения лишь определенной категории вариан- тов. В конечном счете, необходимо получить достаточное количество вариантов маршрутных схем для последующего выбора из них более рационального.

В процессе исследования транспортной системы для достижения необходимого результата требуется формализация цели функционирования, т.е. её представление в виде критериев эффективности. Введение критериев позволит сравнить различные варианты, находя при этом наиболее удачное решение. Формирование набора критериев - сложный и неоднозначный процесс. Различная постановка одних и тех же задач приводит к появлению их большого количества.

В соответствии с тем, что формализация цели достигается описанием роли, которую исследуемый объект играет в системе более высокого уровня, правильных критериев не может быть много. В противном случае, они просто могут противоречить друг другу. Например, автобусный маршрут одновременно является частью транспортного предприятия и элементом транспортной инфраструктуры. В результате, при решении одной и той же задачи маршрутизации, находят применение противоречивые критерии эффективности функционирования системы ГПТ, а именно - минимум затрат времени на передвижения пассажиров и мини- мум затрат транспортных предприятий на осуществление перевозок.

Решение задач, содержащих в себе несколько различных критериев, становится возможным при использовании принципов многокритериальной оптимизации, самые известные среди которых: «Парето», доминантности и перехода к единственному критерию.

Кроме того, существуют методы перехода от многокомпонентного критерия к единому критерию, а именно: метод последовательной оптимизации; метод комбинированной целевой функции; метод учета целевых функций в ограничениях; метод конструирования искусственного единственного критерия и др.

Наиболее простым и удобным в применении является метод, заключающийся в определении оптимального решения по одному критерию с переводом других в ограничения. Такой подход не исключает анализ вариантов близких к оптимальному или просто предпочтительных решений.

Анализ состава критериев и сформулированные принципы проектирования маршрутных схем позволили выделить основные критерии оптимизации: затраты времени пассажиров на поездки, непрямолинейность сообщений, пересадочность пассажиров при поездках и уровень развития маршрутной системы.

В качестве определяющего критерия оптимальности, по мнению большинства авторов, необходимо рассматривать затраты времени пассажиров на передвижения.

Такого же мнения придерживаются жители городов, воспринимая его как основную характеристику транспортного обслуживания. Совершенно очевидно, что экономия времени на совершение передвижений может быть достигнута увеличением скорости сообщения между основными пассажирообразующими пунктами города в результате реализации организационно-реконструктивных мероприятий.

Кроме того, нормативный документ по градостроительству регламентирует в требованиях к транспортной системе городов нормы затрат времени на перемещения граждан от мест приложения труда до мест проживания. В частности, в крупных городах для 90 % трудящихся этот параметр не должен превышать 35-40 мин.

Следует отметить, что достичь оптимального уровня развития маршрутной схемы возможно лишь благодаря совместному анализу всех видов пассажирского транспорта, максимально задействованных в процессе перевозок. В условиях постоянно нарастающей конкуренции между общественными и индивидуальными видами транспорта, эффект от оптимизации маршрутной схемы распространится на всю транспортную систему города в целом.

Во-первых, более равномерное распределение подвижного состава ОТ на магистральной сети города позволит минимизировать число конфликтных ситуаций, возникающих в условиях многократного дублирования маршрутов. Во-вторых, совершенствование схемы автобусных маршрутов повысит качество пассажирских перевозок и позволит сделать ОТ более привлекательным для части владельцев индивидуальных автомобилей. В результате повышения спроса на использование ОТ можно ожидать некоторое общее снижение интенсивности движения транспортных потоков на УДС города.

1.4 Методика совершенствования маршрутной схемы транспорта

Уточненная методика совершенствования маршрутной схемы основана на принципе, отраженном в трудах. Его суть заключается в «склеивании» отдельных звеньев транспортной сети и последовательном формировании набора конкурирующих вариантов маршрута, один из которых в после- дующем войдет в состав рациональной маршрутной схемы.

Рассмотрим процесс трассирования маршрутов и формирование из них маршрутной схемы. Пусть известна транспортная сеть города. В результате преобразований ее можно представить в виде графа, который включает в себя вершины, соединенные между собой ребрами. Причем вершины, привязанные преимущественно к перекресткам, представляют собой возможные остановочные пункты. Для выполнения последующих действий они пронумерованы и каждое ребро характеризуется начальным i и конечным j адресами, длиной lij и величиной затрат времени tij на следование.

Для решения этой задачи необходимы сведения о потребностях населения в передвижениях по городу, которые удобно представлять в виде матрицы корреспонденций между выделенными транспортными районами города за расчетный период времени. Будем считать ее известной. После распределения населения каждого транспортного района среди принадлежащих ему вершин получим модифицированную матрицу корреспонденций между всеми остановочными пунктами. При этом элемент матрицы Аij соответствует числу передвижений, совершаемых между вершинами i и j. На стадии конструирования автобусных маршрутов затраты времени пассажиров на пешие переходы и ожидание транспорта не учи- тываем.

При проектировании маршрутов обычно соединяют назначенные конечные пункты по кратчайшему пути. Учитывая различную степень взаимосвязи пунктов, необходимость такого совмещения, возникает, прежде всего, при значительных величинах пассажиропотока. Предлагаемый нами в работе метод построения рациональной маршрутной схемы в значительной степени основан на принятом допущении.

Следующий этап работы заключается в нахождении кратчайших путей между всеми пунктами графа. Задача нахождения этих путей относится к числу комбинаторных. Существует большое количество методов решения обозначенной задачи (метод последовательных приближений, метод «метлы», метод Прима Бержа, Данцига, Мура и др.) достаточно подробно описанных в работах. В настоящее время существует ряд специализированных компьютерных программ, позволяющих автоматизировать процесс нахождения кратчайших путей, поэтому сам алгоритм их определения в работе не рассматриваем. Причем, кратчайшие пути следования выбираем исходя не из минимального расстояния, а из времени, затраченного пассажирами на перемещения. В связи, с чем обосно- ванное установление скоростей движения пассажирских автобусов и в данном случае является одной из главных задач.

Для удобства результаты расчета кратчайших путей между каждой парой пунктов транспортной сети сводим в таблицу с указанием адресов начального, конечного и промежуточных пунктов, протяженности и времени следования между ними и величин пассажиропотоков. Причем, если между двумя пунктами сети есть несколько вариантов пути, близких по затратам времени, их также фиксируем в таблицу, но как альтернативные. На следующем этапе работы проводим анализ эффективности функционирования действующей маршрутной схемы. При этом определяем транспортно- эксплуатационные показатели маршрутов всех видов ГПТ, на основе которых оцениваем их по критериям оптимальности.

Руководствуясь полученными значениями, а также основываясь на мнении специалистов, жалобах пассажиров и, в конечном счете, обоснованных предпочтениях, маршруты подразделяем на три группы:

1) Маршруты, не требующие корректировки трассы. Как правило, они соответствуют предъявляемым критериям оптимальности и характеризуются устойчивым пассажиропотоком, пользуясь высокой популярностью у населения. В эту же группу необходимо включать действующие маршруты электротранспорта.

2) Маршруты частично не соответствующие принятым критериям оптимальности и в результате требующие локальной корректировки.

3) Маршруты, полностью не соответствующие установленным критериям оптимальности.

Далее необходимо установить положение вершин графа, в пределах которых возможно обустроить конечные пункты для обеспечения нормальной работы маршрутных автобусов. Отбор подходящих для этого пунктов производим в результате их последовательного анализа, руководствуясь наличием свободной от застройки территории и соответствующими архитектурно-планировочными принципами. Затем определяем участки транспортной сети, не приспособленные или запрещенные для движения автобусов.

И, наконец, повороты в пределах вер- шин, запрещенные для движения автобусов, а также характеризующиеся сложностью выполнения маневров и повышенной аварийностью. Учет этих особенностей позволит исключить из рассмотрения отдельные кратчайшие пути, сократив тем самым количество сравниваемых вариантов маршрута. При разработке альтернативных вариантов маршрутных схем можно рассмотреть необходимость снятия обозначенных ограничений для движения автобусов.

Маршруты первой группы считаем заданными и включаем в первоначальный каркас формируемой рациональной схемы, называемый базовым. После этого формируем новую матрицу корреспонденций, не обслуженных маршрутами базовой схемы. Откорректированная с учетом этого сводная таблица нереализованных связей, в последующих операциях послужит основой для назначения недостающих маршрутов.

Формирование маршрута-кандидата начинается с выбора элемента из матрицы нереализованных поездок, соответствующего наибольшему значению пассажиропотока Аij max . Если таких элементов несколько, то предпочтение отдаем наиболее прямолинейной цепочке, либо цепочке обеспечивающей меньшие затраты времени пассажиров на следование по ней. Затем, из ранее составленной сводной таблицы кратчайших путей, выписываем промежуточные адреса для выбранной связи, формируя, таким образом, основание будущего маршрута. Далее производим поиск цепей, совпадающих с каким-либо участком принятого основания маршрута. Выделенные цепи обозначаем как обслуженные и временно исключают из последующего анализа.

Дальнейшие действия по формированию маршрута заключаются в наращивании рассматриваемого основания путем добавления к нему наиболее подходящих звеньев. Этот этап начинаем с последовательного просмотра связей в сводной таблице кратчайших путей, частично совпадающих с основанием формируемого маршрута. При этом смотрим, чтобы в адресах анализируемой связи одновременно присутствовали номера начального (конечного) пункта и хотя бы одного из промежуточных пунктов цепи основания маршрута, либо номера их конечных пунктов совпадали между собой.

В зависимости от расположения основания маршрута относительно центральной части города, наращивание связей к первоначальной цепи выполняем в одну, либо в разные стороны, последовательно приближаясь к предполагаемым конечным пунктам. Одновременно с этим, формируемые цепи проверяем по условию максимально допустимой протяженности маршрута. Для каждой совмещенной цепи, которая теперь рассматривается как новое основание маршрута, процесс наращивания связей повторяем. На основе полученного, в конечном счете, «дерева» цепей формируем набор вариантов проектируемого маршрута.

Наиболее рациональный вариант рассматриваемого маршрута устанавливаем в соответствии с принятым критериями оптимальности, среди которых: средние затраты времени пассажиров на поездки tср, длина маршрута lм, коэффициент непрямолинейности сообщений Кн, коэффициент использования предоставляемых мест Кисп. Затем запроектированный маршрут включаем в сформированную ранее базовую маршрутную схему и снова вычисляют матрицу не обслуженных корреспонденций.

Процедуру формирования маршрутов с последующим их включением в первоначальный каркас повторяем до тех пор, пока не будут реализованы все возможные корреспонденции, при условии, что количество пересадок между несвязанными районами не превысит одной.

После достижения этого условия, вариант АМС подвергаем проверке оптимальности согласно на- значенным критериям, которые оцениваем следующими показателями: средней затратой времени на передвижение, коэффициентом непрямолинейности сообщений Кн, коэффициентом пересадочности Кп, маршрутным коэффициентом Км и плотностью маршрутной схемы дм. Процесс конструирования маршрутной схемы считаем завершенным, если она полностью соответствует всем необходимым условиям. При невозможности завершить процесс конструирования с положительным результатом, рассматриваем вопросы совершенствования транспортной сети города в целом, включая развитие УДС и внедрение скоростного пасса- жирского транспорта. Применение комбинаторного анализа с направленным отбором вариантов позволяет получить единственный вариант маршрутной схемы, по своим показателям близкий к оптимальному. С другой стороны, транспортная система города может развиваться по альтернативным сценариям, которые могут послужить основой для формирования разнообразных вариантов маршрутной схемы. При этом следует отметить, что выбор основного варианта маршрутной схемы осуществляется на основе установленных выше критериев оптимальности, среди которых наиболее весомым является критерий затраченного населением времени на пере- мещение.

...