CC BY
62
УДК 911.9 Э.В. Сомов1
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ГОРОДСКОГО НАСЕЛЕНИЯ (на примере Юго-Запада Москвы)
Исследование посвящено разработке методики моделирования доступности станций метрополитена и остановок массового транспорта. Уровень доступности подобных объектов — один из показателей качества обслуживания населения общественным транспортом. Методика моделирования базируется на методах геоинформационного моделирования и подходах, используемых при создании диффузионных моделей пространственного распространения явлений. С использованием этой методики проведено моделирование и проанализирована текущая доступность станций метрополитена и остановок общественного транспорта.
Ключевые слова: геоинформационное моделирование, диффузионные модели, зоны доступности, транспортная сеть.
Введение. В системе общественного транспорта многих крупных городов России сложилась предкризисная ситуация. Наиболее остро она проявляется в Москве. Среди основных причин такой ситуации — увеличение спроса на услуги общественного транспорта в условиях технологической стагнации транспортной системы. Рост численности населения, интенсификация маятниковой внешней и внутригородской миграции привели к значительному увеличению нагрузки на систему общественного транспорта столицы.
В 2011 г. Министерством транспорта РФ, Правительством г. Москвы и Правительством Московской области совместно подготовлен проект Программы развития Московского транспортного узла на период до 2020 года [7].
В рамках этой программы в качестве одного из приоритетных направлений развития транспортной системы Московского региона выделяется ориентация на массовые виды транспорта, обеспечивающего перевозки пассажиров. Также определены основные направления научно-исследовательских работ, к ним относится и разработка систем оценки качества транспортного обслуживания населения на разных видах транспорта.
Уровень обслуживания населения Московского региона как потребителя транспортных услуг характеризуется разными показателями, к которым в первую очередь относятся затраты времени на передвижения, уровень комфорта передвижений, уровень доступности станций метрополитена и остановок массового транспорта.
Постановка проблемы. Исследование посвящено применению диффузионных моделей пространственного распространения явлений для моделирования доступности станций метрополитена и остановок массового транспорта в качестве показателя качества обслуживания населения общественным транспортом.
Транспортная доступность — весьма популярная тема в картографировании транспорта. Изображение "доступности" на карте позволяет увидеть, за какое время можно преодолеть определенное расстояние [4]. Например, на карте из Национального атласа Франции (1953—1959) показаны зоны доступности центров крупных городов страны, причем выделены изохроны 30, 60, 90 мин. Картографирование транспортной доступности — удаленность от транспортных путей — входит в содержание карт транспорта Атласа Алтайского края (1980), где также способом изохрон отображена доступность территории Алтайского края.
Для создания карт доступности можно использовать разные методы геоинформационного и математи-ко-картографического моделирования, такие как построение буферных зон, применение диффузионных моделей пространственного распространения явлений (при создании карт удаленности с учетом проходимости местности) и др. [3].
Автор рассматривал моделирование зон доступности на основе создания диффузионных моделей пространственного распространения явлений с использованием геоинформационных технологий.
Материалы и методы. Методика моделирования. Доступность станций метро и остановок характеризуется их удаленностью от населения. В пределах города удаленность (расстояние) принято измерять во времени, причем не по прямой линии, а с учетом реально существующих маршрутов передвижения, что наиболее показательно для городской среды. Автор оценивал временную доступность указанных объектов при помощи создания диффузионных моделей пространственного распространения явлений с использованием геоинформационных технологий.
Для оценки временной доступности разных объектов чаще всего используется метод построения буфер-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, научно-исследовательская лаборатория комплексного картографирования, аспирант; e-mail: e.v.somov@gmail.com
ных зон от них, который широко распространен, так как легко реализуется с помощью стандартных средств ГИС-пакетов разного уровня и не требует больших временных затрат на подготовку данных и сам процесс моделирования. Метод предполагает измерение расстояния от объекта до точки пространства по прямой линии, без учета реальных маршрутов передвижения. Но в реальности в городской среде таких ситуаций не существует, так как чтобы достигнуть необходимого объекта, людям приходится обходить препятствия, они передвигаются в основном по тротуарам, дорогам, с помощью общественного транспорта и т.д. Поэтому этот метод плохо подходит для оценки временной доступности объектов в городе.
Появляются новые алгоритмы и методики оценки временной доступности, например исследование компании "Яндекс", опубликованное в Интернете и посвященное транспортной доступности разных районов Москвы [6]. Оценка доступности районов проводилась с помощью технологии маршрутизации Яндекс-карт. Для исследования использован набор случайных маршрутов. Каждый маршрут соединяет две случайно выбранные точки, т.е. одна в любом месте города, другая — в пределах Садового кольца, таким образом для всей территории города с высокой точностью было рассчитано время поездки в центр и из центра города. Основной недостаток этой методики заключается в том, что при использовании стандартных средств ГИС-пакетов ее реализация слишком трудоемка, так как требует отдельного построения маршрута для каждой пары точек, а для покрытия всей территории города таких точек потребуется очень много. Поэтому методика трудна для реализации.
Предлагаемая автором методика основана на методах создания диффузионных моделей пространственного распространения явлений и реализуется с помощью стандартных средств современных ГИС-па-кетов.
Классические примеры создания диффузионных моделей описаны в работах В.С. Тикунова [11]. При моделировании распространения явлений территорию представляют в виде набора элементарных ячеек, для каждой из которых рассчитываются характеристики времени распространения явления. При моделировании пространственного распространения явления с помощью диффузионных моделей учитывается неоднородность среды, в которой оно происходит, — где-то явление распространяется быстрее, где-то медленнее, в каких-то районах явление вообще может не распространиться, что не учитывается при моделировании временной доступности с помощью построения буферных зон. Возможность реализации методики с помощью стандартных средств современных ГИС-пакетов делает ее доступной для широкого круга исследователей.
В рассматриваемом случае моделирование проводится на основе транспортной сети исследуемой территории, соответственно явление распространяется
не по элементарным ячейкам, а по линейным элементам транспортной сети. Таким образом, процесс создания диффузионных моделей пространственного распространения явлений выглядит следующим образом. Сначала создается сетевая модель исследуемой транспортной сети, по которой распространяется явление. В первом приближении она представляет собой линейный слой, объекты которого соответствуют элементам транспортной сети, в пределах которой осуществляется перемещение, это могут быть элементы улично-дорожной сети, маршруты общественного транспорта и т.д. Затем определяются точки, от которых явление начнет распространяться по транспортной сети, после чего моделируется распространение явления по элементам данной сетевой модели. Время, за которое явление преодолевает определенный участок, зависит от скорости распространения и протяженности данного элемента сети (эти характеристики являются семантическими атрибутами элементов сети); после прохождения одного элемента явление распространяется по сопряженным элементам. Так продолжается до тех пор, пока явление не достигнет границ исследуемой территории или тех элементов сети, где оно уже распространилось.
Для моделирования, расчетов и создания карт автор использовал программный пакет ArcGIS 9.3.1., ESRI Inc., его специальный модуль Network Analyst предоставляет широкие возможности для анализа и моделирования на основе сетевых моделей [1]. Для корректной работы модуля с сетевыми моделями транспортной сети их необходимо подготовить следующим образом: в качестве атрибутов элементов транспортной сети обязательно должны содержаться данные о наличии либо отсутствии одностороннего движения и о времени, затрачиваемом на преодоление каждого участка сети. Кроме того, при создании сетевой модели транспортной сети очень важно корректно передать топологические взаимоотношения объектов [2].
В данном случае использовалась функция модуля, которая позволяет определить границы зон доступности объектов в зависимости от времени, проведенного в пути (времени распространения явления), и построить полигональные объекты, соответствующие этим зонам. На основе полученных полигональных объектов созданы карты временной доступности остановок общественного транспорта и станций метрополитена в изохронах.
Информационное обеспечение и подготовка данньх. В качестве исходных данных использованы только материалы из открытых источников, таких, как Open-StreetMap (OSM), это некоммерческий сетевой картографический проект по созданию силами сообщества участников — пользователей интернета подробных бесплатных пространственных данных на территорию всего мира. Все данные доступны для легального копирования, редактирования и коммерческого использования [8]. Пространственные данные, полученные из открытых источников, проверялись и уточнялись по материалам космической съемки.
Подробнее остановимся на подготовке данных, так как это имеет определяющее значение для получения качественных результатов. Для моделирования были созданы две сетевые модели:
1) для моделирования доступности остановок общественного транспорта;
2) для моделирования доступности станций метрополитена.
Сетевая модель, используемая для моделирования доступности остановок общественного транспорта, включает маршруты движения пешеходов. Слой, содержащий пешеходные дороги, описывает возможные линии движения населения до остановки общественного транспорта. Он создан на основе слоя автомобильных дорог, так как преобладающее большинство пеших передвижений люди осуществляют по тротуарам вдоль автомобильных дорог и улиц. Из слоя автомобильных дорог были исключены такие элементы улично-дорожной сети, по которым люди заведомо не могут передвигаться. Это такие элементы, как Третье транспортное кольцо, центральная часть Ленинградского проспекта и т.д.
Для моделирования доступности станций метрополитена была создана сетевая модель с более сложной структурой. Это обусловлено тем, что до станций метрополитена можно добираться и пешком, и на наземном общественном транспорте, поэтому она должна содержать не только улицы, по которым передвигаются пешеходы, но и маршруты движения наземного общественного транспорта, и точки пересадок между общественным транспортом и линиями движения пешеходов (остановки общественного транспорта). Поэтому она состояла из следующих слоев:
— маршрутов движения пешеходов;
— маршрутов наземного общественного транспорта;
— слоя с объектами, соединяющими маршруты общественного транспорта с маршрутами движения пешеходов в местах остановок общественного транспорта.
Слой, описывающий маршруты движения пешеходов, подготовлен на предыдущем этапе. Отдельного внимания заслуживает создание слоев, содержащих маршруты и остановки наземного общественного транспорта. В первую очередь для каждого из видов наземного городского муниципального транспорта были созданы слои с остановочными пунктами, так как на их основе удобнее наносить маршруты.
В качестве исходных данных использованы данные проекта Ореп81гее1Мар, которые были значительно переработаны и уточнены. Затем слой с остановками общественного транспорта пополнялся новыми объектами при нанесении маршрутов. В слое линий маршрутов каждый маршрут представляет собой отдельный линейный объект. Для создания этого слоя использованы данные из реестра регулярных городских автобусных маршрутов, доступные на сайте Департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры Москвы [5]. Кроме того, использованы данные коммерческих и государствен-
ных online-сервисов, обеспечивающих население справочной информацией о расписании наземного муниципального транспорта, такие, как "Я приеду.ру" (http://yapriedu.ru), Официальный сайт ГУП "Мос-гортранс" (http://www.mosgortrans.ru/sched/) и др.
Указанные сервисы имеют много общего. Определяющей была возможность использовать полученные материалы в качестве источников для картографирования. Главными критериями для выбора служили следующие характеристики:
— принцип формирования базы данных (пользовательский или официальные источники);
— отображение маршрутов и остановок на карте (некоторые сервисы предоставляют данные только о последовательности остановок);
— наличие подробной справочной информации о маршруте (время работы, интервал движения и т.д.);
— актуальность данных.
В результате обработки информации с перечисленных выше сервисов было нанесено 690 автобусных, 106 троллейбусных и 47 трамвайных маршрутов, число остановочных пунктов в итоге достигло 4191.
Для корректного анализа сетевой модели между слоем маршрутов наземного общественного транспорта и слоем с маршрутами движения пешеходов необходимо установить связь. Она возможна только в местах остановок общественного транспорта, поэтому был создан слой, содержащий объекты, соединяющие остановки с маршрутами общественного транспорта и маршрутами движения пешеходов.
Для окончательного формирования сетевых моделей подготовленные наборы пространственных данных были наполнены необходимой атрибутивной информацией. Основной атрибут, который необходим для моделирования зон доступности, — время, затрачиваемое на преодоление элемента сети. Этот атрибут рассчитан с учетом средней скорости движения пешеходов (5 км/ч) и времени, затраченного на путь по маршруту [5].
На основе подготовленных наборов данных с помощью программного пакета ArcGIS 9.3.1., ESRI Inc. созданы две сетевые модели — модель сети пешеходного движения для моделирования доступности остановок общественного транспорта, а также модель сети наземного общественного транспорта города и маршрутов пешеходного движения для моделирования доступности станций метрополитена.
Затем на базе подготовленных сетевых моделей с помощью модуля Network Analyst смоделирована доступность остановок общественного транспорта и станций метрополитена и созданы соответствующие карты.
Результаты исследований и их обсуждение. Доступность остановок общественного транспорта. Созданная по результатам моделирования карта (рис. 1) отображает временную доступность остановок общественного транспорта.
При построении зон доступности использован временной интервал в 2,5 минуты. Маленький интервал выбран для получения более точных результатов. По полученным границам разновременных зон доступности была восстановлена поверхность, характеризующая временную доступность остановок общественного транспорта. На основе построенной поверхности были выделены 5-минутные зоны доступности. По границам зон проведены изохроны.
Построенная карта является аналитической, отображает временную доступность способом изолиний с послойной окраской (рис. 1). Она позволяет оценить доступность остановок общественного транспорта в разных районах города.
В целом в Москве около 50% территории расположено в пределах 5-минутной доступности от остановок общественного транспорта, в этой зоне проживает около 80% населения, но есть районы, удаленные от остановок на большее расстояние. В основном это территории парковых и лесопарковых комплексов, а также промышленных зон. В пределах 10-минутной зоны доступности проживает более 95% населения города, а граница 15-минутной зоны покрывает более 95% территории города. Таким образом, можно заключить, что для Москвы характерен высокий уровень доступности остановок общественного транспорта.
Доступность станций метрополитена. Построенная карта (рис. 2) характеризует доступность станций метрополитена. После создания зон доступности с 5-минутным шагом по тому же алгоритму, что и карта доступности остановок общественного транспорта, создана карта доступности станций метрополитена (рис. 2). На ней способом изолиний с послойной окраской выделены зоны временной доступности станций метрополитена с интервалом 10 минут.
Анализируя эту карту, можно сказать, что доступность станций метрополитена значительно ниже, чем доступность остановок общественного транспорта, что логично, так как метрополитен служит базовой составляющей транспортной сети и представляет ее каркас, его основные функции — связь между районами и обеспечение транспортных услуг на районном уровне. Поэтому станции метро не должны находиться в шаговой доступности, что свойственно остановкам общественного транспорта.
Если рассматривать город в целом, то наиболее хорошо и равномерно обеспечены сетью метрополитена его центральная, восточная и юго-западная части. Более 70% населения города и 50% территории находятся в границах 15-минутной зоны доступности от станций метрополитена, но в целом территория обеспечена ими неравномерно.
Есть районы, практически полностью лежащие в пределах 10-минутной зоны доступности от станций метро, в эту группу входят не только центральные районы города, но и такие муниципальные районы, как Коньково, Свиблово, Новогиреево, Нагорный, Щукино и др. Но есть районы, значительная часть
Рис. 1. Фрагмент карты "Доступность остановок общественного транспорта"
Рис. 2. Фрагмент карты "Доступность станций метрополитена"
территории которых расположена в более чем 20-минутной зоне доступности от станций метрополитена, эти районы нуждаются в улучшении качества услуг, оказываемых общественным транспортом.
Так, в пределах МКАД выделяется территория между Дмитровским шоссе и Октябрьской железной дорогой, включающая следующие муниципальные районы: Восточное Дегунино, Западное Дегунино, Дмитровский, а также территория на юге города между Серпуховско-Тимирязевской и Замоскворецкой линиями метрополитена — районы Западное и Восточное Бирюлево. Кроме того, выделяются районы Капотня и Очаково—Матвеевское, которые характеризуются самым низким уровнем доступности станций метрополитена по сравнению с остальными районами Москвы в пределах МКАД.
Выводы. Таким образом, в результате исследований разработана методика геоинформационного моделирования доступности станций метрополитена и остановок общественного транспорта в качестве пока-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Котиков Ю.Г. Аспекты использования технологий ArcGIS в транспортной модели Санкт-Петербурга // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. URL: www.science-education.ru/103-6271 (дата обращения: 25.05.2012).
2. Котиков Ю.Г, Орлова Н.Е. Модернизация транспортной сети средствами ГИС // ArcReview. 2008. № 46. С. 18—19.
3. Петров П.В., Тикунов В.С. Моделирование изохрон при создании карт транспортной доступности // Геодезия и картография 1984. № 5. С. 42—43.
4. Прохорова Е.А. Географическое картографирование: социально-экономические карты: Учеб. пособие. М., 2009. 263 с.
5. Сайт Департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры города Москвы. URL: www. dt.mos.ru (дата обращения: 12.05.2012).
6. Сайт компании "Яндекс". URL: wwwcompany.yandex. ru (дата обращения: 12.05.2012).
зателя качества обслуживания населения общественным транспортом:
— получена текущая оценка доступности этих объектов для населения, которая показала, что обеспеченность территории города общественным транспортом сильно дифференцирована;
— по результатам моделирования составлены карты, позволяющие выделить районы с разной доступностью станций метро и остановок общественного транспорта. Анализ этих карт позволяет определить территории, нуждающиеся в улучшении качества услуг, оказываемых общественным транспортом;
— полученные результаты можно использовать при решении разных практических задач, например при выборе оптимального местоположения объекта с учетом транспортной доступности.
7. Сайт Министерства транспорта Российской Федерации. URL: www.mintrans.ru (дата обращения: 15.05.2012).
8. Сайт проекта "OpenStreetMap". URL: www.openstreet-map.org (дата обращения: 14.05.2012).
9. Сомов Э.В. Применение геоинформационных методов для анализа обеспеченности территории r. Москвы услугами общественного транспорта // Мат-лы конф. "Использование геоинформационных систем и данных дистанционного зондирования Земли при решении пространственных задач". Пермь, 2011. 88 с.
10. Сомов Э.В., Ушакова Л.А. Картографическая оценка транспортной доступности территории и ее влияния на стоимость аренды жилья (на примере Юго-Западного округа г. Москвы) // ИнтерКарто-ИнтерГИС. Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2010.
11. Тикунов В.С. Моделирование в картографии: Учебник. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. 405 с.
Поступила в редакцию 26.06.2012
E.V. Somov
GEOINFORMATIONAL MODELING FOR THE ASSESSMENT OF THE QUALITY OF TRANSPORT SERVICES FOR URBAN POPULATION (CASE STUDY OF THE SOUTH-WEST OF MOSCOW)
The study deals with the elaboration of a technique for the modeling of accessibility of metro stations and those of surface public transport. The accessibility of these facilities is among the important indicators of the quality of transport services. The technique is based on geoinformational methods and approaches used for the compilation of diffuse models of spatially distributed phenomena. The technique was used to model and analyze current accessibility of metro stations and those of surface public transport in the South-West of Moscow.
Key words: geoinformational modeling, diffuse models, accessibility zones, transportation network.
