CC BY
118
УДК 656.022.002.237:711.7
БУРЛУЦКИЙ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, ст. преподаватель, abura124@yandex.ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
АНАЛИЗ ОПЫТА ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ МАРШРУТНЫХ СХЕМ ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА
Выполнен анализ методов формирования маршрутных сетей городского пассажирского транспорта, по результатам которого выделены недостатки и достоинства существующих подходов. Представлены критерии, характеризующие уровень оптимальности отдельных маршрутов и их совокупностей. С учетом опыта маршрутизации, накопленного почти за столетний период, разработан алгоритм формирования автобусной маршрутной сети крупного города. Его применение позволит организовать эффективную маршрутную систему, сглаживающую транспортные проблемы.
Ключевые слова: городской пассажирский транспорт; улично-дорожная сеть; маршрутная схема; матрица трудовых корреспонденций; затраты времени пассажиров на поездки; коэффициент пересадочности; коэффициент непрямо-линейности поездок на маршруте.
ANDREYA. BURLUTSKIY, senior teacher, abura124@yandex.ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2, Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
EXPERIENCE ANALYSIS OF URBAN OPTIMAL PASSENGER TRANSPORT NETWORKS
The analysis of experience of passenger transport network development reveals the advantages and disadvantages of the existing approaches. The paper presents the criteria characterizing the optimal level of certain routes and their combinations. Taking into account almost a hundred-year experience of routing, a layout methodology has been developed for restructuring of the bus transport network in a large city. This approach will allow to organize the effective transportation system solving traffic problems in a large city.
Keywords: urban passenger transport; street system; transport network; labour correspondence matrix; transportation time expenditure; bus transfer rate in; transport network indirectness.
Важнейшей составляющей транспортной инфраструктуры, во многом определяющей динамику развития современного города, является маршрутная система пассажирского транспорта. Несмотря на значительное увеличение количества легковых автомобилей в транспортном потоке, наблюдаемое в последние годы, основной объем пассажирских перевозок (до 80 %) приходится именно на маршрутный транспорт [1].
© А. А. Бурлуцкий, 2013
В процессе развития города его маршрутная система нуждается в периодическом пересмотре. Это может быть связано с многочисленными текущими изменениями в расселении жителей, сменой расположения мест приложения труда, модернизацией улично-дорожной сети города.
Пассажирский транспорт городов, застройка которых была сформирована под влиянием исторических факторов, работает в особо сложных условиях. Высокий темп автомобилизации привел к значительному росту интенсивности и плотности движения транспортных потоков, в первую очередь на магистральных улицах.
Городской пассажирский транспорт (ГПТ), дислоцированный в основном в центральных районах города, создает дополнительную нагрузку на магистральную сеть. К тому же, как правило, в городах с исторически сложившейся плотной застройкой сформированная маршрутная система городского пассажирского транспорта не полностью учитывает потребности пассажиров в перевозках. В связи с этим возникает необходимость оптимизации маршрутных систем с учетом жестких требований, обусловленных современным уровнем развития городов [2, 3].
При оптимизации маршрутных схем массового пассажирского транспорта в компактных городах с плотной застройкой выполняют корректировку преимущественно автобусных маршрутов. Это связано с тем, что они являются наиболее мобильными и не требуют при изменении трассы значительных капиталовложений.
Троллейбусные и трамвайные маршруты, имеющие дорогостоящие постоянные путевые устройства, стараются организовывать по направлениям достаточно устойчивых и интенсивных пассажиропотоков, поэтому их корректировка должна быть обусловлена значительными изменениями в расселении граждан [4].
Основываясь на классификации [5], существующие подходы к разработке рациональных схем можно разделить на три группы:
1. Применение жестко формализированных математических моделей при разработке маршрутных схем в автоматическом режиме на ЭВМ.
2. Частичная автоматизация процесса разработки. При этом эксперт работает с ЭВМ в диалоговом режиме, самостоятельно оценивая некоторые результаты и принимая окончательное решение.
3. Рекомендации экспертов, основанные на неформализованном анализе.
Формирование рациональной системы массового городского пассажирского транспорта включает в себя решение ряда задач, среди которых: выбор и прокладка маршрутов следования ГПТ, обоснование типа и количества транспортных средств, разработка расписаний и оптимизация режимов движения на маршруте [6].
Выбор маршрутов следования ГПТ и последующее формирование маршрутной схемы являются важными этапами разработки эффективной транспортной инфраструктуры города. От того, насколько рационально разработана маршрутная система, насколько удачно и гармонично она интегрирована в улично-дорожную сеть города, зависят затраты населения на передвижение и эффективность использования подвижного состава.
Следует отметить, что уровень развития маршрутной системы в значительной степени оказывает влияние на экологическую, социальную, экономическую и даже политическую ситуацию в городе.
В нашей стране вопросами формирования маршрутных схем пассажирского транспорта ученые начали заниматься с 30-40 гг. ХХ столетия [7]. Среди них следует отметить А.Х. Зильберталя, Л.А. Бронштейна, В.С. Ларионова,
А.А. Полякова, Д.С. Самойлова, И.А. Немцова, А.П. Александрова и некоторых других. Основное внимание в работах исследователей уделено формированию комплекса требований, предъявляемых к маршрутным схемам. Методы построения трасс маршрутов и рекомендации по формированию маршрутных схем в работах того периода рассмотрены поверхностно, хотя общие положения по их проектированию были сформулированы.
По мнению авторов, формирование схемы маршрутов должно быть основано на данных о фактических перемещениях людей по территории города. Только в этом случае маршрутная схема будет удовлетворять потребностям городского населения.
Уже в работах того времени была сформулирована основная цель маршрутизации, а именно предоставление возможности людям совершать свои передвижения по городу, тратя при этом минимальное количество времени. Этот факт способствовал появлению критериев оптимизации, в соответствии с которыми трасса маршрута между конечными пунктами сети должна проходить по кратчайшему пути. Также необходимо стремиться, чтобы выбранная комбинация маршрутов характеризовалась минимальными общими затратами времени всех пассажиров на передвижения [Там же].
С развитием экономико-математических методов начался новый этап в формировании научных знаний о функционировании систем маршрутизированного городского пассажирского транспорта. Центральное место в нем занимает работа, выполненная в 1962-1963 гг. под руководством Б. Л. Герони-муса в Государственном научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (НИИАТ) «Методика определения оптимальной схемы автомобильных маршрутов» [8]. Позднее под его руководством Д. Джумаев (МАДИ) выполнил диссертационную работу, посвященную разработке методики расчета схем маршрутного пассажирского транспорта в городе с применением математических методов.
Для выбора оптимальной схемы маршрутов ученые предложили пользоваться методами комбинаторного анализа. При этом между собой сравниваются все возможные варианты маршрутных схем по различным показателям. Однако с учетом того, что для крупного города количество связей между выделенными районами города может достигать колоссальных значений, сравнить все возможные варианты маршрутных схем становится практически невыполнимой задачей. Поэтому Б.Л. Геронимусом и его учеником при формировании вариантов маршрутных схем был применен метод комбинаторного анализа с направленным отбором вариантов. Следует отметить, что данный метод уже успешно использовался на железнодорожном транспорте при решении аналогичных задач [9].
Следует отметить, что применение термина «оптимальный» по отношению к схемам городских автомобильных маршрутов носит, как правило, условный характер. Вариант, принятый в результате расчетов маршрутной схемы, наиболее корректно называть рациональным [9].
Среди имеющихся недостатков предложенных моделей следует отметить большие затраты времени при выполнении расчетов вручную и отсутствие значимых ограничений, позволяющих уменьшить количество маршрутов-кандидатов и, следовательно, сравниваемых вариантов маршрутных схем.
В последующем эта методика получила развитие в научных трудах ряда исследователей. Так, в 1974 г. она была рассмотрена группой ученых: М.Е. Антошвили, Г.А. Варелопуло, М.В. Хрущевым [Там же]. Ими были предложены методы, сокращающие количество сравниваемых вариантов. Среди них 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. Это позволило значительно сократить трудоемкость работ и повысить их качество.
Для разработки рациональной маршрутной схемы ученые предложили использовать ряд ограничений: минимальная и максимальная длина маршрута, максимально допустимый интервал движения, минимально допустимый коэффициент использования вместимости, количество автобусов и др.
В связи с тем, что в основе метода ученых НИИАТа лежит условие, что маршрут между двумя пунктами может быть открыт только по пути с минимальными затратами на следование, задача нахождения кратчайших путей в работах исследователей поставлена на первый план. Поскольку она имеет комбинаторный характер, для решения был предложен метод динамического программирования [Там же].
М.В. Хрущёв предложил делить методы маршрутизации на две группы в зависимости от уровня решаемых задач [7]. Первая группа предназначена для построения маршрутных схем для города в целом и получила название методов общей маршрутизации. Методы локальной маршрутизации, составляющие вторую группу, предназначены для корректировки отдельно взятых маршрутов. В анализе методов локальной маршрутизации рассмотрены мероприятия, влияющие на эффективность функционирования отдельного маршрута. Среди них: запрет отдельных остановочных пунктов и ввод укороченных маршрутов.
М.В. Хрущёв был убежден, что приемлемых результатов можно добиться только при комбинировании подходов на разных этапах формирования рациональной маршрутной схемы.
Методы оптимизации перевозочного процесса на уровне отдельного маршрута посредством организации различных форм сообщения (обычные, экспрессные, полуэкспрессные, скоростные, укороченные и комбинированные) отражены в работах В.Н. Логинова, В.Г. Болоненкова, Ю.С. Кирзнера, С.Ю. Либермана, И.В. Спирина, В.М. Бунеева и др. [Там же].
Достоинством описанных выше организационных мер является увеличение скорости сообщения на автобусных маршрутах. Среди недостатков следует отметить отсутствие доступности автобусов для всех пассажиров, тяготеющих к трассе конкретного маршрута, и сложность ориентирования.
М. Д. Блатнов привел два подхода к оптимизации маршрутной схемы [10]. При первом подходе 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 его работе дана последовательность формирования рациональной маршрутной схемы, основанная на втором подходе.
Ф.Г. Гликом предложен метод реконструирования существующей схемы маршрутов, основанный на последовательном приближении к оптимальному решению посредством диалогового режима работы проектировщика и ЭВМ. Это позволяет учесть критерии и факторы, не поддающиеся формализации. Суть метода заключается в следующем.
В результате анализа матрицы корреспонденций выявляют пары районов, имеющие максимальную величину пассажиропотока. Затем при совпадении начальных, конечных или промежуточных элементов полученные связи объединяются в маршрут. Если величина потока на каком-либо элементе цепи станет меньше некоторой заданной величины, то маршрут обрывают. Процедуру повторяют до тех пор, пока количество пассажиропотоков, не обслуженных сформированной маршрутной схемой, не станет минимальным [11].
Наиболее подробно математические модели и алгоритмы формирования рациональной маршрутной схемы ГПТ описаны в работах С.Ю. Ольховского и В.В. Яворского. Их идея создания на первом этапе проектирования избыточной совокупности маршрутов аналогична приведенному выше алгоритму Ф.Г. Глика. Вначале эвристическим способом формируется вариант маршрутной схемы в первом приближении. Детальный анализ и корректировка разработанной совокупности маршрутов осуществляются на следующем этапе работы. Для этого авторами разработаны различные алгоритмы, позволяющие скорректировать предварительную сеть по одному из следующих критериев: минимум времени перевозки, равномерное распределение пассажиропотока по маршрутам, рациональное распределение транспортных единиц по маршрутам [12].
В процессе анализа опыта реформирования маршрутных схем, установлено:
1. В методах, разработанных в период формирования научных знаний о функционировании систем городского пассажирского транспорта и отраженных в работах А.Х. Зильберталя, Л.А. Бронштейна, В.С. Ларионова, А.А. Полякова, Д.С. Самойлова, И.А. Немцова, А.П. Александрова, сформулированы лишь общие положения, касающиеся в основном требований, предъявляемых к маршрутным системам ГПТ, и критериев оптимальности их функционирования. Методы трассирования маршрутов и формирования их рациональной совокупности сформулированы лишь посредственно.
2. Теоретические исследования, выполненные Б. Л. Геронимусом (НИИАТ) и его последователем Д. Джумаевым (МАДИ), позволили им разработать методику обоснованного конструирования и расчета схем автобусных маршрутов, ставшую в последующем фундаментом для решения большинства научно-исследовательских и прикладных задач в сфере организации пассажирских перевозок. Однако отсутствие значимых ограничений, позволяющих снизить количество сравниваемых вариантов маршрутных схем, и затраты времени при выполнении расчетов вручную ограничивали возможности предлагаемых методов.
3. Методы, разработанные в НИИАТе и МАДИ, получили свое развитие в работах ученых: М.Е. Антошвили, Г.А. Варелопуло, М.В. Хрущева, В.М. Бунеева, И.С. Ефремова, В.М. Кобозева, И.В. Спирина, Э.А. Сафронова,
В.А. Юдина и многих других. Модернизация подхода прежде всего заключалась в применении более совершенного алгоритма исключения нецелесообразных вариантов, внедрении современного математического аппарата, а также в разработке алгоритмов и программ для решения задачи на ЭВМ [7, 9, 10, 13].
4. Следует отдельно выделить метод построения маршрутной схемы, предложенный Ф.Г. Гликом, а также алгоритм проектирования избыточной совокупности маршрутов, разработанный С.Ю. Ольховским. Работы этих исследователей, имеющие общие черты и подходы к процедуре выбора места проложения трассы маршрута, просты и в большей степени приспособлены для поиска рационального решения.
В настоящее время в сложившихся условиях возникла необходимость в корректировке и адаптации существующих алгоритмов формирования маршрутных автобусных схем к современным условиям функционирования городов. Для этого применен комплексный подход, стержнем которого является гармоничное взаимодействие двух главных составляющих транспортной инфраструктуры: маршрутной и улично-дорожной сети. Основой сформулированного принципа является совместное развитие обеих подсистем, дополняющих друг друга. На сегодняшний день можно наблюдать, как концентрация маршрутов на центральных магистралях города приводит к снижению эффективности функционирования магистральной сети в целом.
При обобщении опыта маршрутизации городских пассажирских перевозок, формируемого на протяжении более 80 лет, нами разработан альтернативный алгоритм реконструкции автобусной маршрутной схемы, основанной на анализе матрицы трудовых корреспонденций. Он включает в себя пять блоков (рисунок). Методика формирования рациональной маршрутной схемы предполагает использование критериев, характеризующих уровень оптимальности реформируемого маршрута. Основными из них являются:
- затраты времени на поездки;
- показатель пересадочности пассажиров при поездках;
- показатель, характеризующий равномерность распределения маршрутной сети по магистральным улицам и дорогам города;
- коэффициент непрямолинейности поездок на маршруте.
Блок 3 - определение матрицы поездок,
Алгоритм формирования рациональной маршрутной сети ГПТ (блоки 1-3; окончание см. на с. 378)
Окончание (блоки 4-5; начало см. на с. 377)
Вывод
Таким образом, разработка рациональной маршрутной схемы - трудоемкий процесс, включающий анализ существующих маршрутов общественного транспорта и матрицы трудовых корреспонденций. При учете опыта многих исследователей предложен алгоритм формирования рациональной маршрутной сети, позволяющий практически полностью удовлетворить потребности населения в поездках. Применение такого подхода для крупного города с плотной застройкой позволит организовать эффективную маршрутную систему, сглаживающую транспортные проблемы города.
Библиографический список
1. Сидоренко, Н.Н. Состояние улично-дорожной сети г. Томска и мероприятия по улучшению её качеств и развитию / Н.Н. Сидоренко, А.А. Бурлуцкий // Вестник ТГАСУ. -2005. - № 1. - С. 200-204.
2. Харитонов, В.А. К вопросу о путях решения транспортных проблем городской среды /
B.А. Харитонов // Вестник МГСУ. - 2009. - № 3.- С. 71-74.
3. Бурлуцкий, А.А. Особенности функционирования массового пассажирского транспорта в г. Томске / А.А. Бурлуцкий // Вестник тГаСУ. - 2009. - № 4. - С. 192-201.
4. Бурлуцкий, А.А. Совершенствование маршрутных систем крупных городов с плотной застройкой / А.А. Бурлуцкий, Е.Ю. Киргисарова, А.В. Гаврюшенко // Развитие дорожнотранспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Омск : Изд-во СибАДИ, 2008. - Кн. 1. -
C. 32-34.
5. Ефремов, И.С. Теория городских пассажирских перевозок / И.С. Ефремов, В.М. Кобозев, В.А. Юдин. - М. : Высшая школа, 1980. - 535 с.
6. Герами, В.Д. Методология формирования системы городского пассажирского общественного транспорта / В. Д. Герами. - М. : МАДИ, 2001. - 313 с.
7. Антошвили, М.Е. Организация городских автобусных перевозок с применением математических методов и ЭВМ / М.Е. Антошвили, Г.А. Варелопуло, М.В. Хрущев. - М. : Транспорт, 1974. - 104 с.
8. Хрущев, М.В. Методы общей и локальной маршрутизации автобусного транспорта в городах : монография / М.В. Хрущев. - М. : ГУУ, 1999. - 168 с.
9. Геронимус, Б.Л. Расчет рациональной схемы автобусных маршрутов / Б.Л. Геронимус, Д. Д. Джумаев, В.В. Коноплин // Автомобильный транспорт. - 1966. - № 9. - С. 20-21.
10. Блатнов, М.Д. Пассажирские автомобильные перевозки / М.Д. Блатнов. - М. : Транспорт, 1981. - 222 с.
11. Глик, Ф.Г. Интерактивное конструирование маршрутной системы городского пассажирского транспорта / Ф.Г. Глик // Градостроительство. - Вып. 39. - Киев : Будивельник, 1987. - С. 100-106.
12. Ольховский, С.Ю. Моделирование функционирования и развития маршрутизированных систем городского пассажирского транспорта : монография / С.Ю. Ольховский, В.В. Яворский. - Омск : Изд-во СибАДИ, 2001. - 138 с.
13. Сафронов, Э. Начало реформирования ГПТ - совершенствование маршрутных сетей городов / Э. Сафронов, К. Сафронов, Д. Киммель // Автомобильный транспорт. - 2004. -№ 5. - С. 57-58.
References
1. Sidorenko, N.N. Burlutskiy, A.A. Sostoyaniye ulichno-dorozhnoy seti g. Tomska i meropriyati-ya po uluchsheniyu yeye kachestv i razvitiyu [The state of road network in Tomsk and
measures to improve its qualities and development] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. - 2005. - No. 1. - P. 200-204. (rus)
2. Kharitonov, V.A. K voprosu o putyakh resheniya transportnykh gorodskoy sredy [Approaches to the decision of transport urban environment] // Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. - 2009. - No. 3. - P. 71-74. (rus)
3. Burlutskiy, A.A. Osobennosti funktsionirovaniya massovogo passazhirskogo transporta v g. Tomske [Features of mass passenger transport performance in Tomsk] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. - 2009. - No. 4. - P. 192-201. (rus)
4. Burlutskiy, A.A., Kirgisarova, Ye.Yu., Gavryushenko, A.V. Sovershenstvovaniye marshrutnykh sistem krupnykh gorodov s plotnoy zastroykoy [Improvement of route networks in large cities within restrained urban conditions] // Razvitiye dorozhno-transportnogo komplekjcj,tyyjcnmsa i stroitelnoy infrastruktury na osnove ratsionalnogo prirodopolzovaniya: materialy III Vse-rossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh [The development of road transport sector and the construction of infrastructure on the basis of environmental management: Proceedings of III All-Russian scientific-practical conference of students and young scientists.]. - Omsk, SibADI Publ. 2008. - V. 1. - P. 32-34. (rus)
5. Yefremov, I.S., Kobozev, V.M., Yudin, V.A. Teoriya gorodskikh passazhirskikh perevozok [Theory of urban passenger traffic]. - Moscow, Vysshaya shkola, 1980. - 535 p. (rus)
6. Gerami, V.D. Metodologiya formirovaniya sistemy gorodskogo passazhirskogo obshchestven-nogo transporta [Methodology of public transport network formation]. - Moscow, Moscow State Automobile & Road Technical University, 2001. - 313 p. (rus)
7. Antoshvili, M.E., Varelopulo, G.A., Khrushchev, M.V. Organizatsiya gorodskikh avtobusnykh perevozok s primeneniyem matematicheskikh metodov i EVM [Organization of bus transportation using mathematical methods and IBM]. - Moscow, Transport, 1974. - 104 p. (rus)
8. Khrushchev, M.V. Metody obshchey i lokalnoy marshrutizatsii avtobusnogo transporta v go-rodakh : monografiya [Methods of common and local routing of bus transportation in cities]. -Moscow, State University of Management, 1999. - 168 p. (rus)
9. Geronimus, B.L., Dzhumayev, D.D., Konoplin, V.V. Raschet ratsionalnoy skhemy avtobusnykh marshrutov [Calculation of rational scheme of bus routes] // Avtomobilnyy transport [Motor transport]. - 1966. - No. 9. - P. 20-21.
10. Blatnov, M.D. Passazhirskiye avtomobilnyye perevozki [Passenger motor transportation]. -Moscow, Transport, 1981. - 222 p. (rus)
11. Glik, F.G. Interaktivnoye konstruirovaniye marshrutnoy sistemy gorodskogo passazhirskogo transporta [Interactive design of passenger bus transport network]. Gradostroitelstvo. -
Vyp. 39. - Kiyev, Budivelnik, 1987. - P. 100-106. (rus)
12. Olkhovskiy, S.Yu., Yavorskiy, V.V. Modelirovaniye funktsionirovaniya i razvitiya marsh-rutizirovannykh sistem gorodskogo passazhirskogo transporta : monographiya [Modeling of functioning and development of routed systems of passenger transport]. - Omsk, SibSDI Publ., 2001. - 138 p. (rus)
13. Safronov, E. Safronov, K., Kimmel, D. Nachalo reformirovaniya GPT - sovershenstvovaniye marshrutnykh setey gorodov [Beginning of GPT reformation is the improvement of urban route networks] // Avtomobilnyy transport [Motor transport]. - 2004. - No. 5. - P. 57-58. (rus)
