CC BY
38
Оригинальная статья / Original article УДК 656.02
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-188-194
ОЦЕНКА УРОВНЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ НА ОСНОВЕ КРИТЕРИЕВ НАДЕЖНОСТИ
© Р.Н. Горбунов1, Ж.Т. Пиров2, А.Ю. Михайлов3
Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. Целью данной статьи является обоснование нового подхода к уровню обслуживания автомобилей улично-дорожной сетью. МЕТОДЫ. Изучена литература и проанализированы применяемые методы оценки уровня обслуживания. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. На основании проведенного исследования определены подходы к оценке уровня обслуживания автомобилей улично-дорожной сетью в городских условиях на основе критериев надежности. Рассмотрены критерии надежности, которые могут быть приняты за основу при оценке уровня обслуживания. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В современных условиях в связи с развитием технологий особенно важно найти и нормативно закрепить зависящие в том числе от расстояния перемещения качественные критерии уровня обслуживания на основе соответствующих шкал оценки.
Ключевые слова: уровень обслуживания, временной индекс, организация дорожного движения, уличная дорожная сеть, геоинформационные системы, система спутниковой навигации.
Формат цитирования: Горбунов Р.Н., Пиров Ж.Т., Михайлов А.Ю. Оценка уровня обслуживания на основе критериев надежности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 10. С. 188-194. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-188-194
RELIABILITY-BASED ASSESSMENT OF SERVICE LEVEL R.N. Gorbunov, Zh.T. Pirov, A.Yu. Mikhailov
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
ABSTRACT. The PURPOSE of the article is to substantiate a new approach to the level of vehicle servicing by the road and street network. METHODS. The authors have searched the literature and analyzed the used assessment methods of the level of servicing. RESEARCH RESULTS. The conducted research resulted in the determination of the approaches to the assessment of the level of vehicle servicing by the road and street network in urban conditions based on the reliability criterion. Consideration was given to the reliability criteria to be taken as a basis for service level assessment. CONCLUSION. Modern conditions associated with the development of technologies determine the need for the search and standardization of quality criteria of the service level based on the corresponding assessment scales that depend on the travel distance.
Keywords: service level, travel time index, traffic management, road and street network, geoinformation systems, global navigation satellite system
For citation: Gorbunov R.N., Mikhailov A.Yu., Pirov Zh.T. Reliability-based assessment of service level. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 10, pp. 188-194. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-188-194
Введение
Оценка уровня обслуживания является актуальной проблемой, особенно в постиндустриальном обществе, где основную долю занимает именно сфера услуг.
Для понимания подходов к оценке уровня обслуживания необходимо ознакомиться с уже имеющимся опытом подобных исследований и их результатами. В связи с этим
1Горбунов Роман Николаевич, аспирант, e-mail: gorbunow@list.ru Roman N. Gorbunov, Postgraduate student, e-mail: gorbunow@list.ru 2Пиров Жахонгир Тиллоевич, аспирант, e-mail: Vilia-7@mail.ru Zhakhongir T. Pirov, Postgraduate student, e-mail: Vilia-7@mail.ru
3Михайлов Александр Юрьевич, доктор технических наук, профессор кафедры менеджмента и логистики на транспорте, e-mail: mikhaylovay@gmail.com
Aleksandr Yu. Mikhailov, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Transport Management and Logistics, e-mail: mikhaylovay@gmail.com
188 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 8 2017 I PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 8 2017 ISSN 1814-3520
проведем обзор литературы по данному вопросу [1], [2], [3], [4] и рассмотрим эволюцию подходов к уровню обслуживания при-
Эволюция подходов в <
О необходимости оценки условий, в которых находятся участники дорожного движения, начали задумываться еще в первой половине 20 века, когда автомобильный транспорт приобрел массовое распространение. Дороги, которые ранее были предназначены для передвижения гужевого транспорта, меньшего числа участников дорожного движения, движущихся с меньшей скоростью, не справлялись с повышенными нагрузками не только в плане эксплуатационного износа, но и в плане пропускной способности, что стало причиной возникновения понятия «дорожный затор».
Чтобы этого избежать в дальнейшем, необходимо было ответить на много вопросов, в том числе и на вопрос, связанный с разработкой единых подходов к определению уровня обслуживания. В данном контексте уровень обслуживания представляет собой качественную меру, описывающую эксплуатационные условия транспортных средств в потоке.
В 1950 г. Комитетом транспортных исследований Национальной академии наук США было подготовлено руководство Highway Capacity Manual (НСМ). На тот момент объем руководства составлял всего 147 страниц. В дальнейшем руководство перерабатывалось и непрерывно расширялось. Так, в 1965 году оно уже составляло 411 страниц. В этом издании появились главы, посвященные движению по магистральным автомобильным дорогам, и полнее были отражены подходы к оценке уровня обслуживания (Level of service (LOS). Развитие компьютерного моделирования оказало сильное влияние на теорию транспортных потоков, и в 1985 году HCM достиг объема 459 страниц. Новый документ был дополнен главами о моделировании процессов, связанных с дорожными сетями и дорожным движением.
менительно к транспорту и транспортной инфраструктуре.
i уровня обслуживания
На протяжении 90-х гг. ХХ века HCM дополнялся новыми главами, и в результате в 2000 году была выпущена обновленная версия HCM, объем которой составил 1200 страниц. Данная версия была выпущена в двух вариантах: обычном - для использования в США и адаптированном -для пользователей метрической системы измерения.
HCM 2010 года был представлен уже в виде четырехтомника, включавшего в том числе мультимодальный анализ уровня обслуживания применительно к уличной дорожной сети (УДС), последняя же версия HCM была выпущена в октябре 2016 г. под номером 6 [3].
Эти руководства содержат рекомендации по применению, анализу и оценке микромоделирования, рекомендации по активному управлению трафиком в зависимости от спроса и пропускной способности элементов УДС, конкретные инструменты для оценки прогнозных уровней загрузки на этапе проектирования элементов УДС, рекомендации по обеспечению безопасности дорожного движения для конкретных условий и элементов дорожной сети.
Что касается остальных стран, то можно отметить немецкое руководство по дорожному проектированию Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS), подготовленное Обществом исследований дорог и транспорта (Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen). В отличие от США, в Германии данное руководство было разработано только в 2001 г. Несмотря на то, что HBS и HCM служат одним и тем же целям, подходы, отраженные в них, не всегда совпадают в силу особенностей проектирования и эксплуатации УДС в каждой из стран.
НСМ и HBS являются руководствами, предназначенным для расчета пропускной способности, задержек и очередей
ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 10 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 10 2017 189
транспортных средств, прогнозирования скорости движения. В нашей стране до сих пор отсутствует методический документ, который в такой же мере охватывал бы оценки качества организации дорожного движения, как в проанализированных выше руководствах.
Рассмотрим подробнее критерий оценки «уровень обслуживания», который лежит в основе как HCM, так и HBS.
Первоначально концепция уровня обслуживания была разработана для автомобильных дорог и применялась к частным автомобилям. Главной задачей показателя уровня обслуживания была оценка количества и размеров заторов на дорогах, от чего напрямую зависела пропускная способность УДС. Затем уровень обслуживания был распространен на общественный транспорт, что позволило использовать этот показатель при перевозке общественным транспортом, в дальнейшем при его расчете были учтены такие особенности дорожной сети, как регулируемые и нерегулируемые перекрестки, освещенность и прочие. Последним был разработан стандарт, который распространялся на пешую ходьбу, простои в очередях, подъем по лестницам [2].
Развитие подходов к концепции уровня обслуживания привело к появлению такого понятия, как «конгестия». Термин «конгестия» (Congestion) заимствован из медицины и применяется преимущественно в международной специальной литературе, посвященной проблемам работы дорожных сетей, городских УДС. При этом он применяется в отношении как транспорта, так и элементов транспортной инфраструктуры.
С точки зрения транспортной проблематики перевод термина Congestion сложен, поскольку им называют совокупность состояний УДС. Так, Международный центр транспортных исследований (Joint Transport Research Centre) приводит следующие толкования термина конгестия:
• ситуация, когда спрос на дорожное пространство превышает предложение;
• помехи, оказываемые транспортными средствами друг на друга, в соответ-
ствии с зависимостью «скорость-интенсивность» в условиях, когда нагрузка на УДС приближается к величине ее пропускной способности;
• различие между ожидаемым пользователями качеством функционирования УДС и реальным ее состоянием.
Третья формулировка наиболее близко подходит к рассматриваемой ранее проблеме оценки уровня обслуживания.
Учитывая наличие множества определений термина, можно обобщенно свести их к тому, что конгестия представляет собой состояние загрузки УДС, при котором объемы дорожного движения приближаются к пропускной способности или превышают ее.
Также стоит отметить, что различают два принципиально разных вида конгестии:
• нерекуррентная, или случайная, которая возникает из-за аварий, форс-мажора и прочих событий, предсказать которые довольно сложно;
• рекуррентная, или систематически повторяющаяся, причем как в определенное время, так и в определенном месте, например, в часы пик.
Возможность применения методики оценки уровня обслуживания значительно возросла с массовым внедрением геоинформационных систем (ГИС) и систем спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). Благодаря навигационному оборудованию, расположенному в транспортных средствах, стало значительно легче осуществлять сбор информации о режимах движения транспортных средств, т.е. источник этой информации стал носить более массовый характер. Каждый владелец навигатора может записать свой маршрут в виде трека - файла, содержащего ежесекундные значения координат, скорости и прочих характеристик движения транспортного средства. Затем трек может быть визуализирован на карте или же сконвертирован в табличный файл для дальнейшей обработки. Эти данные могут быть использованы также для отслеживания состояния трафика в режиме реального времени, корректировки работы светофоров.
190 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 8 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 8 2017 ISSN 1814-3520
Системы показателей определения характеристик дорожной сети
Развитие ГИС и GPS технологий дало толчок к развитию многих систем показателей определения характеристик дорожной сети, таких как временной индекс, TOMTOM индекс, буферный индекс и прочие [4].
Наличие нерекуррентной и рекуррентной транспортной конгестий повышает затраты времени на передвижение [5]. При этом временные затраты варьируются в широком диапазоне и их значения могут быть приняты как случайные величины, которые оцениваются широким набором параметров, в том числе статистических.
Количественным индикатором может быть выбран временной индекс (TTI), который показывает отношение затрат на передвижение в пиковый период к затратам на передвижение в свободных условиях (внепиковые периоды):
Ть = Тп - T,
(2)
TTI =
Тр
' 15%
(1)
где Тр - затраты времени на передвижение в пиковый период; Т15% - затраты времени на передвижение 15% обеспеченности, наблюдаемые во внепиковые периоды суток.
В США временной индекс рассматривается как один из важнейших показателей, характеризующих, в частности, влияние конгестии на качество функционирования городских транспортных систем. Каждый год проводится сбор, обработка и анализ статистической информации о транспортных системах во всех крупнейших городах. В основном исследования проводятся научными центрами при университетах США.
Также стоит остановиться на таком показателе, как временной буфер (Ть), который выявляет, сколько дополнительно требуется затратить времени для достижения поставленной цели с заданной надежностью. Как правило, используются показатели надежности 90-95%, хотя могут быть использованы и другие значения.
где Тп - продолжительность передвижения п% обеспеченности; Т - средняя продолжительность передвижения.
Связанный с показателем временного буфера относительный показатель -«буферный индекс» {¡ь) может быть рассчитан по формуле
4 = у • 100%.
(3)
Показатели, о которых шла речь выше, дают представление о надежности транспортной системы при динамической загрузке транспортной сети. Они могут иметь различные значения в зависимости от времени суток, дней недели и времени года. Стоит заметить, что такой показатель, как временной буфер, выражается в абсолютных значениях, что, с одной стороны, не позволяет проводить сопоставительный анализ полученных данных при различных условиях, а с другой стороны, выражение в абсолютных значениях позволяет использовать этот показатель для экономических расчетов, т.е на основании показателя временного буфера может быть проведен расчет экономического эффекта от повышения надежности функционирования УДС.
В России не осуществляется сбор информации, необходимой для расчета указанных выше показателей, хотя это легко осуществимо с применением современных технологий.
Для сбора данных достаточно информации о движении, полученной с навигационного оборудования, которое используется в современных смартфонах, планшетах, встроено в автомобили или представлено в виде отдельных устройств -навигаторов. Информация может быть записана в виде треков - файлов, содержащих обезличенные данные о движении транспортного средства. После сбора достаточного количества информации, ее разбивки и обработки можно провести рас-
ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 10 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 10 2017 191
четы, результаты которых с приемлемой точностью могут охарактеризовать, насколько справляется тот или иной участок УДС с транспортной нагрузкой.
Источником данных может являться информация, предоставляемая не равнодушными к сложившейся транспортной обстановке водителями маршрутных транспортных средств, такси, получаемая от юридических лиц и из других источников.
Возможность сбора данных с помощью навигационного оборудования, установленного на транспортном средстве, подтолкнуло к идее связать показатели надежности функционирования дорожной сети, например, временной индекс, с оценкой условий движения, т.е. на основе временного индекса построить шкалу оценки уровня обслуживания.
В последних изданиях HCM и HBS уровень обслуживания оценивается отношением затрат времени на передвижение к затратам на передвижение в свободных условиях. Уровень обслуживания может быть определен для сегмента, маршрута или в целом для УДС. Согласно HCM, уровень обслуживания может иметь 7 значений от A до F, где A - наиболее комфорт-
ное передвижение, а F - передвижение с наибольшей вероятностью заторов. Более подробно соответствие условий движения уровню обслуживания приведено в таблице.
Однако указанные выше руководства не дают конкретных значений показателей уровня обслуживания. Предполагается, что нельзя установить единые критерии для всех сегментов УДС. В каждой стране, в каждом городе могут быть установлены свои показатели. Кроме того, уровень обслуживания может зависеть и от других показателей, например, освещенности, протяженности маршрута и других параметров.
Разработка этой идеи уже осуществляется в Германии. Так, университетом Штутгарта проводились исследования на автомагистрали А8 Карлсруэ - Штутгарт, и, как показали исследования [1], значения уровня обслуживания имеют зависимость от расстояния, которое преодолевает транспортное средство. Данную зависимость можно проследить на рисунке.
Таким образом, одни и те же характеристики УДС в одном случае могут соответствовать одному, а в другом случае другому значению.
Соответствие уровня обслуживания условиям движения
Service level conformity to traffic conditions
Уровень обслуживания / Servicing level Условия движения / Traffic conditions
А В пиковые периоды не наблюдается ухудшение условий движения / Traffic conditions do not get worse in peak hours
В В пиковые периоды наблюдается незначительное ухудшение условий движения / There is insignificant worsening of traffic conditions in peak hours
С В пиковые периоды наблюдается ухудшение условий движения / There is worsening of traffic conditions in peak hours
D В пиковые периоды наблюдается значительное ухудшение условий движения / There is significant worsening of traffic conditions in peak hours
E В пиковые периоды дорога функционирует ненадежно. Возможны заторы / The road does not operate reliably in peak hours. Congestions are likely
F В пиковые периоды дорога функционирует ненадежно. Весьма вероятны заторы / The road does not operate reliably in peak hours. Congestions are most likely
192 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 8 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 8 2017 ISSN 1814-3520
Зависимость значения уровня обслуживания от протяженности маршрута на автомагистрали А8 Карлсруэ - Штутгарт Dependence of the service level value on the route length on A8 freeway Karlsruhe - Stuttgart
Заключение
В проводимых нами исследованиях предполагается транслировать прием, примененный германскими исследователями к городской УДС. Для этого следует получить временной индекс для максимально широкого спектра дорожных условий. Затем на основе собранных данных можно будет получить оценочную шкалу
уровня обслуживания или же предложить несколько шкал. Разработанная таким образом методика оценки уровня обслуживания может найти свое отражение в нормативных актах и применяться при анализе действующих и при проектировании новых элементов УДС.
Библиографический список
1. Bennecke A., Friedrich B., Friedrich M., Lohmiller J. Time-dependent Service Quality of Network Sections. Proc. of. the 6th International Symposium on Highway Capacity and Quality of Service, Stockholm, Sweden June 28 - July 1, 2011, pp. 364-373.
2. Fruin J.J. Pedestrian planning and design - New York: Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners, 1971. 206 p.
3. Highway Capacity Manual 2000 (HCM 2000), Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., U.S.A. 2000. 1207 p.
4. Михайлов А.Ю. Интегральный критерий оценки качества функционирования улично-дорожных сетей // Известия ИГЭА. 2004. № 2 (39). С. 50-53.
5. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. Новосибирск: Наука, 2004. 267 с.
6. Михайлов А.Ю., Левашев А.Г., Шаров М.И. Современные методы оценки качества организации дорожного движения в городах. Иркутск, 2015. 218 с. Деп. в ВИНИТИ РАН 31.03.2015, № 64-В2015.
References
1. Bennecke A., Friedrich B., Friedrich M., Lohmiller J. Time-dependent Service Quality of Network Sections. Proc. of the 6th International Symposium on Highway Capacity and Quality of Service, Stockholm, Sweden June 28 - July 1, 2011. pp. 364-373.
2. Fruin J.J. Pedestrian Planning and Design - New York: Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners, 1971, 206 p.
3. Highway Capacity Manual 2000 (HCM 2000), Trans-
portation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., U.S.A. 2000, 1207 p.
4. Mihailov A.Yu. Integral Quality Assessment Criterion of Street and Road Networks Functioning. Izvestiya IGEA [Proceedings of the Irkutsk State Economic Academy]. 2004, № 2 (39), pp. 50-53. (In Russian)
5. Mihailov A.Y., Golovnyh I.M. Sovremennye tendencii proektirovaniya i rekonstrukcii ulichno-dorozhnyh setej gorodov [Current trends of design and renovation of
ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 10 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 10 2017 193
urban network of streets and roads]. Novosibirsk: Nau-ka Publ., 2004, 267 p. (In Russian) 6. Mihailov A.Yu., Levashev A.G., Sharov M.I. Sov-remennye metody ocenki kachestva organizacii
Критерии авторства
Горбунов Р.Н., Пиров Ж.Т., Михайлов А.Ю. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
dorozhnogo dvizheniya v gorodah [Modern methods of road traffic organization quality assessment in cities]. Irkutsk, 2015, 218 p. Dep. v VINITI RAN, 31 03 2015, № 64-V2015. (In Russian)
Authorship criteria
Gorbunov R.N., Pirov Zh.T., Mikhailov A.Yu. have equal authors rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
Статья поступила 25.09.2017 г. The article was received 25 September 2017
194 ВЕСТНИК ИрГТУ Том 21, № 8 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 8 2017 ISSN 1814-3520
