СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВВЕДЕНИЯ ВЫДЕЛЕННОЙ ПОЛОСЫ В КРУПНЫХ ГОРОДАХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 656.13

С. Н. Павлов, А. П. Гоефенштейн

Совершенствование методики оценки целесообразности введения выделенной полосы в крупных городах

Поступила 13.04.2020

Рецензирование 22.04.2020 Принята к печати 22.09.2020

В статье рассмотрены и проанализированы существующие условия введения выделенной полосы для городского пассажирского транспорта в зарубежных странах на примере Южной Кореи, США и Великобритании, а также в России. Определен оптимальный критерий, по которому целесообразно оценивать эффективность транспортной системы любого крупного города.

В работе дан обзор существующей методики, применяемой при введении выделенной полосы, на основе критерия суммарных потерь, описана характеристика данного подхода, его достоинства и недостатки. Предложена новая методика, с помощью которой можно сделать более точные расчеты и получить выводы о необходимости введения выделенной полосы для общественного транспорта на основе перечня параметров. Эти параметры могут быть получены в результате проведения обследований улично-дорожной сети крупного города.

По предложенному алгоритму с помощью проведенных исследований интенсивности движения общественного и индивидуального транспорта, скорости движения в загруженной и свободной сети, пассажиропотока на перегонах и других были рассчитаны параметры эффективности работы выделенной полосы по существующему и предложенному подходам.

Произведенные вычисления дали одинаковый качественный результат, свидетельствующий о необходимости применения выделенной полосы, однако привели к различным количественным величинам, отличающимся более чем в 10 раз, что очень важно при оценке эффективности организации городского движения с помощью специальных выделенных полос.

Ключевые слова: выделенная полоса, общественный транспорт, индивидуальный транспорт, улично-дорожная сеть, задержки.

Согласно некоторым зарубежным исследованиям (Южная Корея, США и Великобритания), целесообразность создания выделенных полос, а также наилучший вариант их расположения (например, с левой или с правой стороны улицы или дороги) определяются минимальными значениями интенсивности движения общественного транспорта (ОТ) и пассажиропотока на конкретном участке улично-дорожной сети (УДС) [1, 2]. Иными словами, в зарубежных странах условие введения выделенной полосы ограничено двумя минимальными параметрами, указанными выше, и данное условие не зависит от влияния выделенной полосы на общий поток индивидуального транспорта (ИТ).

Основные же российские подходы основываются на прогнозировании изменения интенсивности движения транспорта на УДС и изменении скорости движения после введения специальных выделенных линий. Условия их создания характеризуются ориентацией на ИТ:

1) прогнозируемая после введения выделенной полосы интенсивность на любой об-

щей полосе движения в пиковые периоды не должна превышать 900 ед./ч;

2) проезжая часть улицы в одном направлении должна иметь не менее трех полос для движения [1, 3, 4].

В настоящее время указанные выше критерии для крупных городов являются устаревшими и неактуальными, потому что интенсивность транспортных потоков многократно возросла, кроме того, отмеченные критерии не учитывают превышающую в разы провозную способность различных видов ОТ по сравнению с ИТ.

Следует также отметить, что данные критерии направлены на приоритет использования личных автомобилей для передвижения, а это, как уже доказано [5, 6], неприемлемо в городах с большим количеством автомобилей, приходящихся на душу населения.

В связи с этим необходимо разработать новую методику для принятия решений по созданию выделенных полос в крупных городах России, причем показателем эффективности работы транспортной системы целесообразно

^акг = 1 + а

(1)

считать критерии минимума суммарных потерь времени пассажирами в подсистемах общественного и индивидуального транспорта.

Критерии суммарных потерь времени нашел отражение в методике, предложенной в работе [7], разработанной на основе [8, 9]. Представленный подход основан на сравнении общих (суммарных) задержек потока транспортных средств (ТС) на рассматриваемом участке УДС до (7\) и после (Тг) выделения крайней правой полосы для ОТ.

В описанной методике рассматриваются и анализируются две ситуации:

1) ОТ движется в общем потоке ТС;

2) крайняя правая полоса выделена для ОТ, остальные полосы - для ИТ.

Для прогнозирования и определения общих задержек в обоих случаях рассчитывают актуальное время прохождения участка. Это время, затрачиваемое ТС при перемещении в зависимости от уровня загрузки участка движением. Актуальное время прохождения участка определяется по формуле [8, 9]:

(41 + ^Чол' < ЩтахС )

где takt - актуальное время прохождения участка УДС в загруженной сети, с; to - время прохождения участка УДС в свободной сети, с; а, Ь, с -параметры модели движения (для крупных городов 1, 2, 1 соответственно [7]); д1 - интенсивность движения ИТ, ТС/ч; к - коэффициент приведения общественного транспорта к легковым автомобилям; до - интенсивность движения ОТ, ТС/ч; п - количество полос движения в одном направлении, ед.; дтах - максимальная пропускная способность полосы движения участка УДС, ТС/ч.

Стоит отметить, что в описываемой методике за расчетную единицу ТС принимают легковой автомобиль (ЛА), поэтому остальные транспортные средства приводятся к легковым автомобилям через коэффициент приведения [7].

Первая ситуация. Общее (для всех участников движения) время задержки на определенном участке УДС:

Т1 = (.Ч1МЛА + ЧоЫОТ)^ - £0), (2)

где ^да = 1,4 - средняя вместимость легковых автомобилей; ^от - средняя вместимость ОТ.

Уравнение зависимости актуального времени движения от уровня загруженности имеет вид

= Ъ[1 +

41 + кц0

(3)

пЧтах

Вторая ситуация. Общее для всех время задержки на рассматриваемом участке УДС Т2 = Я1МЛА(1акп — Ь0) +

+ Чо™0Т(£аЫ2 - £0). (4)

Актуальное время движения транспортных потоков индивидуальных автомобилей

41

) • (5)

Актуальное время движения по выделенной полосе

£акг2 = +

кд0

Чтах

(6)

Далее определяется разность задержек у первого и второго вариантов:

+ ЧоМ0Т(£аМ — £акг2) =

10(кд0(п-1)-д1)(кд0(п-1)+2д1п-д1)

= Ч^ЛА

Чшахп2(п-1)2

+

10(д1+кд0(п-1))(д1+кд0(п+1)) +Чо™0Т-~2—~2-. (7)

Из выражения (7) при подстановке в него неизвестных величин, характерных для определенных условий конкретного города или участка УДС (количество полос, пропускная способность и т. д.), получают функцию двух переменных, зависящую от интенсивностей потоков ОТ и ИТ. При этом значение функции может быть положительным или отрицательным.

Т1-Т2 = АТ = Г(ЧиЧо). (8)

Если АТ = /(ц^ Цо) < 0, то выделение полосы для ОТ нецелесообразно, так как в этом случае общие задержки в движении всех его участников будут превышать общие задержки, которые наблюдаются при движении ОТ в общем потоке ТС.

Если АТ = /(ц^ Цо) > 0, то выделение полосы для ОТ целесообразно, так как общие задержки в движении снизятся.

В работе [7] на основании соотношения (8) были разработаны иллюстрации (номограммы) при Т1 — Т2 = АТ = f(qi, Цо) = 0. На рисунке показаны номограммы для двух-, трех- и четырехполосных улиц [7]. Ими можно пользоваться

2

2

а)

б)

в)

Номограммы:

а - двухполосная улица; б - трехполосная; в - четырехполосная

для определения целесообразности организации обособленных полос в крупных городах на дорогах с разным количеством полос для движения.

Зная интенсивность транспортных потоков, проводят перпендикуляры от осей абсцисс и ординат представленных номограмм. Если точка пересечения перпендикуляров располагается в закрашенной зоне (серой), то выделенная полоса целесообразна, и наоборот - при расположении точки пересечения вне этой зоны (в белой) выделенная полоса нецелесообразна.

Описанная в работе методика достаточно проста в плане понимания и применения (за счет возможности использования графических схем (номограмм)), также подразумевает относительно небольшой объем сбора, использования данных (интенсивности движения ОТ и ИТ) и универсальна для городов с различными параметрами (например, с разной структурой парка и вместимостью маршрутных ТС).

Однако в данной методике ряд допущений оказывает влияние на точность расчетов.

1. В уравнении (7) были использованы фиксированные усредненные параметры при приведении его к виду уравнения (8). Например, вместимость единицы ОТ принималась равной ^от = 40 чел./ТС, время прохождения участка УДС ^о = 40 с и т. д., что не всегда соответствует реальным условиям конкретного города или конкретного участка УДС.

2. При расчете суммарных задержек количество человек, перемещающихся в маршрутном ТС, было приравнено к максимальной вместимости подвижного состава, а не к значениям фактического количества пассажиров в нем (реального пассажиропотока).

3. Актуальное время прохождения участка было представлено функцией, зависящей лишь от величины интенсивности движения, и не учитывало другие факторы, влияющие на время движения.

Стоит отметить, что во многих российских городах введение выделенной полосы является труднореализуемым решением и, если оно не принесет ожидаемого эффекта, впоследствии может вызвать социальный протест. Сегодня проводится ряд исследований по вопросу разделения потоков ОТ и ИТ [10, 11]. В связи с этим для организации такого движения необходим точный расчет эффективности. Поэтому опи-

санная выше методика была скорректирована следующим образом.

Первая ситуация. Общественный и индивидуальный транспорт движутся в общем потоке.

Во-первых, в свободной сети автобусы, троллейбусы и личные автомобили двигаются с разной скоростью, максимальная величина которой ограничена факторами, не всегда зависящими от водителя (его манеры вождения и личного выбора). Массовые виды ОТ должны соблюдать график движения, ограничивающий верхний предел скорости, могут простаивать неопределенное время на остановке для посадки-высадки пассажиров и их ожидания, при небольших расстояниях между остановками должны снижать скорость на перегонах и т. д., в то время как водители личных автомобилей передвигаются значительно быстрее по незагруженной УДС. На практике время движения в свободной сети ОТ и время движения индивидуальных ТС не одинаково и в методике должно быть учтено по-разному.

Во-вторых, в загруженной дорожной сети транспортный поток становится связанным за счет выравнивания скоростей движения всех ТС. Поэтому в час пик время передвижения принимается общим для всего потока транспорта.

В-третьих, количество людей, использующих ОТ, необходимо определять с помощью реальных значений пассажиропотока на данном участке улицы.

В связи с этим определение общего времени задержек предлагается осуществлять следующим образом:

Т1 = ^лд^пик - О + &>(*пик - О, (9)

где £пик - время прохождения участка в загруженной сети, с; в - время прохождения участка ИТ в свободной сети, с; Qo - пассажиропоток ОТ на участке УДС, чел./ч; -время прохождения участка ОТ в свободной сети, с.

Вторая ситуация. Общественный транспорт движется по выделенной полосе, индивидуальный - по остальным полосам.

В этом случае считаем, что скорость ОТ на выделенной полосе станет равной скорости движения в свободных условиях (в свободной сети), т. е. = [1, 12]. При проведении натурных обследований на участках с наибольшей интенсивностью движения ОТ

было выявлено, что уровень загрузки выделенных полос соответствует уровню обслуживания А [13], т. е. данное тождество справедливо. Иными словами, потери времени пассажиров ОТ станут равными нулю.

Тогда общее (для всех участников движения) время задержки на конкретном участке УДС можно рассчитать по формуле

^2 = - $В). (10) Согласно [14, 15], зависимость актуального времени движения от уровня загрузки на самом деле имеет вид кусочно-заданной функции: ( 41 \2^

= ¿о ( 1 +

при 7 < F;

+ (2

(п - 1)ди

¿аЫ = £0(.1 + Р2)+

(11)

(П - 1)Цт

(Ц1 - ^(п - 1)дтах)

при 7 > F, где 2 - уровень загрузки УДС; Р -уровень загрузки, начиная с которого takt определяется линейным выражением [14, 15].

Кусочно-заданный (разрывной) вид формулы (11) получил название BPR-функции с модификацией Лозе. Данное выражение в большей степени соответствует реальной транспортной ситуации, потому что с определенного момента загрузки дороги движением (значение Р) время в пути изменяется по линейному закону [14, 15].

При уровне обслуживания Е интенсивность на рассматриваемом перегоне (участке УДС) колеблется от нулевого значения при возникновении заторов до значения интенсивности, равной пропускной способности [13]. Поэтому при загрузке, соответствующей уровню обслуживания Е, необходимо определять время согласно части выражения (11), так как:

1) в подобном случае на участке УДС время в пути имеет линейную, а не квадратичную зависимость от загрузки;

2) фактическая интенсивность не всегда отражает реальный уровень загрузки дороги (например, при заторе скорость транспортного потока и его интенсивность близки к нулю, но это не означает отсутствие ТС на данном участке).

Указанные выше параметры могут быть получены в результате проведения обследований, включающих определение:

1) протяженности исследуемых участков и перегонов;

2) пассажиропотока на них;

3) интенсивности движения индивидуального транспорта;

4) интенсивности движения общественного транспорта;

5) времени прохождения перегонов в свободной сети (общественным и индивидуальным транспортом);

6) времени прохождения перегонов в загруженной сети (общественным и индивидуальным транспортом).

В итоге устанавливается разность задержек двух вариантов организации дорожного движения по формуле (8) и формулируются соответствующие выводы.

Сравнение эффектов, определенных по существующей и предложенной методике, было произведено на примере перегона центральной улицы г. Барнаула в утренний час пик при уровне загрузки, близком к единице (уровень обслуживания Е).

Исходные и полученные данные расчетов по существующей и предлагаемой методике представлены в табл. 1, 2 соответственно.

Стоит отметить, что необходимые данные для расчетов (см. табл. 2) были получены не только в результате проведения натурных обследований, но и с использованием онлайн-ре-сурсов, применение которых значительно сокращает трудоемкость сбора материалов. Так, например, время прохождения перегонов при разной загрузке УДС можно определять в режиме реального времени с помощью сервисов «Трафик22», «Яндекс.Транспорт» и т. д.

Согласно проведенным расчетам введение выделенной полосы для ОТ на рассматриваемом участке оказалось целесообразным по обеим методикам. Однако эффект от введения (разность суммарных потерь времени участниками движения) по существующей методике равен 690 тыс. пас.-с, а в предлагаемой - 58 тыс. пас.-с, что почти в 12 раз меньше.

Определение суммарных потерь времени по предлагаемой методике расчета позволит получать более точные выводы о целесообразности введения выделенной полосы для городского общественного транспорта (в частности для условий загрузки дороги, близкой к пропускной способности). Кроме того, использование предлагаемой методики позволит более точно рассчитывать ожидаемый эффект от введения выделенной полосы.

Таблица 1

Укрупненный расчет по существующей методике

Параметр Значение Примечание

Интенсивность движения ИТ ql, ТС/ч 2 060 Исходные данные

Интенсивность движения ОТ ц0, ТС/ч 297 Исходные данные

Средняя вместимость: легкового автомобиля wЛА, чел./ТС 1,4 Константа [7]

общественного транспорта , чел./ТС 40 Константа [7]

Время прохождения участка в свободной сети Ь0, с 40 Константа [7]

Актуальное время прохождения участка Ьак (, с 145 По формуле (3)

Актуальное время прохождения участка Ьак{1, с 203 По формуле (5)

Актуальное время прохождения участка Ьак{2, с 68 По формуле (6)

Т1, пас.-с 1 675 568 По формуле (2)

Тг, пас.-с 985 978 По формуле (4)

Т1 - Тг, пас.-с 689 589 > 0 Положительный эффект от введения выделенной полосы

Таблица 2

Укрупненный расчет по предлагаемой методике

Параметр Значение Примечание

Интенсивность движения ИТ qi, ТС/ч 2 060

Интенсивность движения ОТ ц0, ТС/ч 297 Исходные данные

Пассажиропоток на ОТ Q0, чел./ч 3 541

Пассажиропоток на ИТ ^1ЮЛА), чел./ч 2 884

Для ОТ: время прохождения участка в загруженной сети Ьпик, с 244 Исходные данные

время прохождения участка в свободной сети £^в, с 169

Для ИТ: 244

время прохождения участка в загруженной сети Ьпик, с Исходные данные

время прохождения участка в свободной сети £?в, с 103

актуальное время прохождения участка Ьак {, с 297 По формуле (11)

Т1, пас.-с 617 110 По формуле (9)

Тг, пас.-с 559 212 По формуле (10)

Т1 - Тг, пас.-с 57 898 > 0 Положительный эффект от введения выделенной полосы

Библиографический список

1. Белова А. М. Методика обоснования целесообразности выделения полос для движения маршрутного транспорта общего пользования : дис. ... канд. тех. наук : 05.22.01. СПб., 2014. 159 с.

2. Highway capacity manual // TRB Special Report. Washington, D.C., 2013. № 87. 1189 p.

3. Указания по организации приоритетного движения транспортных средств общего пользования : утв. МВД СССР 30.06.83, МЖКХ РСФСР 27.06.83, Минавтотрансом РСФСР 28.05.83. М. : Транспорт, 1984. 32 с.

4. Организация дорожного движения : справ. пособие / Л. А. Рыбин [и др.] ; под. общ. ред. С. В. Федотова. М. : РосдорНИИ, 2016. 416 с.

5. Вучик В. Р. Транспорт в городах, удобных для жизни / пер. с англ. А. К. Алинина ; под науч. ред. М. Блинкина. М. : Территория будущего, 2011. 576 с.

6. Павлов С. Н., Реброва А. П. Актуальность обеспечения приоритетных условий движения общественного транспорта в крупных городах // Альтернативные источники энергии в транспортно -технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. 2017. Т. 4, № 1 (7). С. 164-170.

7. Якимов М. Р. Методология обоснования целесообразности выделения обособленных полос для движения общественного транспорта на улично-дорожной сети крупного города // Вестник МАДИ. 2011. № 2 (25). С. 90-95.

8. Lohse D., Schnabel W. Grundlagen der Straßenverkehrstechnik und der Verkehrsplanung. Verkehrsplanung, 2 Aufgabe. Berlin : Verlag für Bauwesen GMbH, 1997. Bd. 2. 326 s.

9. Patriksson M. The traffic assignment problem: models and methods // Dover Book Mathematics. 2015. 240 с.

10. Корягин М. Е., Тимофеева Е. Г. Управление пропускной способностью городских дорог в условиях выбора пассажирами способа передвижения // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. № 5 (63). С. 660-667.

11. Горев А. Э., Попова О. В., Оспанов Д. Т. Приоритет ГПТ в транспортной системе города // Транспортное планирование и моделирование : сб. тр. IV Междунар. науч.-практ. конф. (г. Санкт-Петербург, 11-12 апр. 2019 г.). СПб., 2019. С. 62-65.

12. Белова А. М. Основы методики планирования организации выделенных полос для движения общественного транспорта // Вестник гражданских инженеров. 2012. № 6 (35). С. 123-129.

13. ОДМ 218.2.020-2012. Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог. М. : Стандартинформ, 2012. 143 с.

14. Лозе Д. Моделирование транспортного предложения и спроса на транспорт для пассажирского и служебного транспорта - обзор теории моделирования // Транспортное планирование : сайт. URL: http://old.ptv-vision.ru/assets/Uploads/data/publication-Lohse-Obsor-teorii-modelivrovanija.pdf (дата обращения: 20.03.2020).

15. Lohse D., Teichert H. Ermittlung von Verkehrsströmen mit n-linearen Gleichungssystemen. Verkehrsnachfragemodellierung. 2 Auflage. Dresden : Lehrstuhl für Theorie der Verkehrsplanung der TU Dresden, 2003.

S. N. Pavlov, A. P. Grefenshteyn

Improvement of Technique for Assessing Dedicated Bus Lane Efficiency in Large Cities

Abstract. This article examined and analyzed the existing conditions for introducing a dedicated bus lane for urban transport in foreign countries using the case study of South Korea, the USA and the UK and Russia, and determined the optimal parameter by which it is advisable to evaluate the effectiveness of the transport system of any large city.

The paper gave an overview of the existing methodology for introducing a dedicated bus lane on the parameter of total delay time with formulas and explanations for them, and description of the benefits and drawbacks of this approach. A new technique was proposed allows for more accurate calculations and draw conclusions about the need to introduce a dedicated bus lane for urban transport based on a parameter list that should be obtained from surveys of the road network of a large city.

The performance parameters of the dedicated bus lane were calculated according to the proposed and existing algorithm and according to surveys of the volume of traffic of urban transport and private vehicles, the speed of traffic in a busy and free network, ridership and others.

The calculations performed gave the identical qualitative result about the need to use dedicated lanes, but led to different quantitative values differing more than 10 times. This is very important for assessing the effectiveness of the organization of urban traffic using dedicated lanes.

Key words: dedicated bus lane; urban transport; private vehicles; road network; delay time.

Павлов Сергей Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Организация и безопасность движения» АлтГТУ им. И. И. Ползунова. E-mail: sergei_pavl@mail.ru

Грефенштейн Анна Павловна - преподаватель кафедры «Логистика, коммерческая работа и подвижной состав» СГУПС. E-mail: anna_020295@mail.ru