УДК 711.11 к.т.н., професор Осєтрін М.М.,
Беспалов Д.О., Дорош М.І.,
Київський національний університет будівництва та архітектури

Наводяться особливості етапу перерозподілу транспортного попиту при розрахунку чьотирьохступеневої транспортної моделі міста.
Ключові слова: вулично-дорожня мережа, транспортна модель, перерозподіл індивідуального транспорту, перерозподіл громадського транспорту, послідовний перерозподіл, рівноважний перерозподіл, навчальна процедура.

У світовій практиці класичним підходом до розрахунку транспортного попиту є класична чотирьохступенева модель. В її роботі, заключним етапом є процес перерозподілу транспортного попиту (Traffic Assignment) [1].
Перерозподіл транспортного попиту – це один з основних методів визначення та аналізу транспортної пропозиції. У містобудівній практиці для оцінки ефективності транспортної мережі, існує принцип рівноважних потоків («user equilibrium model»). Згідно цього принципу, витрати часу на поїздку залежать від величин транспортних потоків на вулично-дорожній мережі міста (ВДМ), отже водії вибирають маршрути руху з урахуванням цих витрат.
Даний підхід дозволяє комплексно оцінити всі особливості існуючої транспортної мережі, а також врахувати затримки у русі, пов’язані з рівнем існуючої завантаженості ВДМ.
При перерозподілі транспортного попиту, моделюються пасажирські поїздки. Користувач індивідуального транспорту (ІТ) вибирає маршрут, який йому є найбільш вигідними, пасажир громадського транспорту (ГТ) для своєї поїздки вибирає час відправлення за розкладом. Перерозподіл відбувається виходячи з вигоди в часі, вигоди в пробігу автомобіля або часу поїздки в громадському транспорті. Чим коротше і менш завантажений шлях між двома районами, тим більша ймовірність того, що ним скористаються для реалізації транспортних потреб.
Перерозподіл транспортних попиту починається з перерозподілу індивідуального транспорту.
В результаті розрахунку трьох попередніх етапів чьотирьохступеневої транспортної моделі, отримані матриці кореспонденцій (МК) шарів попиту, з розділом за видами транспорту [1]. Наступним кроком розрахунку є перерозподіл отриманих матриць кореспонденцій по ВДМ, для вибору того чи іншого шляху реалізації цих кореспонденцій.
Алгоритм перерозподілу МК по ВДМ для індивідуального транспорту схематично зображений на рис.1.

Рис.1. Алгоритм перерозподілу матриць кореспонденцій по ВДМ
для індивідуального транспорту

При перерозподілі транспортних потоків по ВДМ враховуються такі фактори, як: наявність світлофорного регулювання, односторонній руху, заборона на проїзд вантажного транспорту по ділянкам ВДМ, заборонені маневри на перехрестях, наявність парковок, що впливають на умови руху транспорту.
Для перерозподілу індивідуального транспорту в сучасних програмних продуктах для моделювання транспортних потоків реалізовано багато процедур, що дозволяють прогнозувати перерозподіл потоків індивідуального транспорту по ВДМ міста.
В програмному комплексі PTV Visum реалізовано 8 процедур перерозподілу [6]. До розгляду пропонується 3 найбільш часто застосовувані процедури.
1. Процедура послідовного перерозподілу (Incremental assignment)–моделює послідовне заповнення вулично-дорожньої мережі (матриця кореспонденції ділиться в процентному відношенні на кілька часткових матриць). Спочатку учасники руху знаходяться у вільній дорожній мережі, в якій для кожної кореспонденції «джерело-мета» існує тільки один найкоротший шлях. Потім у кожному новому кроці розрахунку, ВДМ отримує додаткове навантаження (частку матриці), тим самим підвищується опір на навантажених відрізках і вузлах. У результаті зміни опору, в наступному кроці можуть бути визначені інші найкоротші шляхи. Процедура триває, поки вся матриця кореспонденції не буде перерозподілена на мережу.
2. Процедура рівноважного перерозподілу (Equilibrium assignment) – поділяє попит відповідно першому принципу Вардропа: «Кожен окремий учасник транспортного руху вибирає свій маршрут так, що тривалість поїздки на всіх альтернативних шляхах в кінцевому результаті рівні і кожна зміна на інший шлях збільшила б особистий час у дорозі».
Виходячи з послідовного перерозподілу потоків як початкового рішення утворюється рівноважний стан в багатоступінчастій ітерації. У внутрішньому кроці ітерації, шляхи однієї кореспонденції переміщенням транспортних засобів приводяться в рівновагу. У зовнішній ітерації перевіряється, чи є при новому актуальному стані мережі нові шляхи з меншим опором.
3. Навчальна процедура (Equilibrium Lohse) – була розроблена професором Лозе. Процедура відображає «навчальний процес» учасників транспортного руху під час переміщення по мережі. Виходячи з принципу «все або нічого», водії враховують інформацію останньої поїздки для нового пошуку шляхів.
Навчальна процедура являє собою модель процесу адаптації учасників автомобільного руху під час переміщення по мережі. На кожній наступній ітерації водії враховують інформацію останньої поїздки для пошуку нових шляхів. [4].
В кожній із зазначених процедур, оцінка затрат часу відбувається на основі СR-функції (функції опору) – яка вказує залежність часу витраченого на проходження ділянок мережі від завантаженості і пропускної спроможності [6].
Для перерозподілу ІТ в транспортній моделі (ТМ) Києва використовується «навчальна процедура» (Equilibrium Lohse), так як вона забезпечує найбільш реалістичний результат розрахунку.
В табл. 1 наведені результати порівняння якості розрахунку різних процедур перерозподілу транспортних потоків на прикладі ТМ Києва.

Табл. 1.
Результати порівняння якості розрахунку різних процедур перерозподілу на прикладі ТМ Києва

В результаті перерозподілу ІТ розраховуються такі показники як: інтенсивність ІТ, коефіцієнт завантаженості (відношення інтенсивності руху до пропускної спроможності), розподіл інтенсивностей на вузлах за напрямами (рис.2), сумарний пробіг всіх автомобілів в мережі, середній час реалізації транспортних кореспонденцій, середня швидкість в мережі.

Рис.2. Розподіл інтенсивностей транспортних потоків за напрямами
на вузлах вулично-дорожньої мережі

Ці показники використовуються для встановлення загального показника оцінки ефективності роботи як ВДМ в цілому так і окремих вузлів, а також інженерно планувальних рішень.
Процедура моделювання перерозподілу громадського транспорту (ГТ) відрізняється від процедури моделювання індивідуального транспорту.
Основна відмінність заключається в тому, що при перерозподілі кореспонденцій громадського транспорту, затрати часу оцінюються виходячи із розкладу руху транспорту, який являється фіксованим. В той же час для індивідуального транспорту значення функції опору змінюється в залежності від інтенсивності руху.
В програмному комплексі PTV Visum передбачені три процедури перерозподілу ГТ [3]:
– за системою транспорту (transport system based). Перерозподіл відбувається без урахування маршрутів і розкладів по всіх ділянках мережі, де дозволений рух тієї або іншої системи громадського транспорту;
– за інтервалами (headway based). Перерозподіл відбувається строго у відповідності зі середнім інтервалом руху для кожного маршруту;
– за розкладом (time table based). Перерозподіл відбувається строго у відповідності з розкладом руху.
Алгоритм перерозподілу матриць кореспонденцій по транспортній пропозиції для ГТ схематично зображений на рис.3 [1].

Рис.3. Алгоритм перерозподілу матриць кореспонденцій по транспортній пропозиції для громадського транспорту за розкладом

Найбільш точною і досконалою являється процедура перерозподілу транспортних потоків ГТ за розкладом, оскільки включає значення вмістимості рухомого складу для кожного маршруту ГТ [3].
Основна ідея цієї процедури полягає в тому, що при визначенні величини пасажиропотоку громадського транспорту до уваги беруться всі маршрути ГТ і розклад руху по ним. При цьому враховується не тільки час в дорозі для кожного варіанту маршруту, але і час очікування на зупинці, час очікування при пересадці, час пішохідного переходу при пересадці а також час витрачений на шлях від центру тяжіння району-джерела до зупинки і від зупинки до центру тяжіння району-цілі, та вмістимість одиниць рухомого складу.
Оцінка ймовірності вибору шляху здійснюється за допомогою однієї з вибраних функції [6]:де R – опір конкретного шляху слідування, Rmin– мінімальний опір з усіх сполучень.
Для обмеження пропускної спроможності маршрутів громадського транспорту використовуються функції опору (рис.4).

Рис.4. Функції обмеження пропускної спроможності маршрутів громадського транспорту

В якості виду функції обмеження, рекомендується використовувати функцію SBB (з нім. Schweizerische Bundesbahne), розроблену для швейцарських залізниць [5].Рис.5. Час руху між зупинками ГТ, та пасажиропотік на маршруті

В результаті розрахунку перерозподілу ГТ розраховуються такі показники як: середній час поїздки, кількість пасажирів що зайшли, вийшли на зупинці чи проїхали транзитом, сумарна кількість перевезених пасажирів по маршруту, та ін. (рис.5).Рис.6. Порівняльна картограма ГТ поточного стану та перспективи

Данні показники дозволяють оцінити ефективність роботи існуючої маршрутної мережі громадського транспорту, розрахувати ефект від впровадження нових маршрутів чи реорганізації існуючих.
За допомогою розробленої транспортної моделі міста Києва було змоделювано 3 нових автобусних маршрути ГТ:
– R1 «вул. Милославська – Залізничний Вокзал»;
– R2 «вул. Милославська – ст. м. Либідська»;
– R3 «вул. Милославська – ст. м. Нивки»;
та змінені тролейбусний маршрут №30 (продовжено до залізничної станції Київ-Волинський) та №31 (продовжено до вул. Кадетський гай).
В результаті моделювання нових маршрутів спостерігається зменшення на 86870 кількості поїздок у громадському транспорті протягом доби за рахунок зменшення кількості пересадок. При цьому, зростає кількість пасажироперевезень автобусом, а навантаження на Святошинсько-Броварській лінії метрополітену від ст. м. Дарниця до ст. м. Шулявська та на Куренівсько-Червоноармійській лінії від ст. м Петрівка до ст. м Олімпійська зменшується рис.6 (табл.2, 3).

Табл.2
Порівняння параметрів роботи ГТ

Табл.3
Витрати часу на поїздки в ГТ

Впровадження даних маршрутів в цілому для системи громадсько транспорту можна оцінити позитивно, що призведуть до зменшення кількості пересадок і середнього часу витраченого на поїздки в ГТ.
Отже можна зробити висновок, що перерозподіл транспортного попиту є одним з основних етапів при розрахунку існуючих і прогнозних значень транспортних потоків.

Література

1. Транспортное планирование: создание транспортных моделей городов: монография / Якимов М.Р. – М.: Логос, 2013. – 188 с.
2. Математическое моделирование распределения транспортного спроса в транспортной системе города. Якимов М.Р. / Транспорт: наука, техника, управление. 2010. – №10. С. 7–13.
3. Транспортное планирование: практические рекомендации по созданию транспортных моделей городов в программном комплексе PTV Visum: монография / Якимов М.Р., Попов Ю.А. – М.: Логос, 2014. – 200 с.
4. Лозе Д. Моделирование транспортного предложения и спроса на транспорт для пассажирского служебного транспорта – Обзор теории моделирования. Джерело електронного доступу: http://old.ptv-vision.ru/assets/Uploads/data/publication-Lohse-Obsor-teorii-modelivrovanija.pdf
5. Ortúzar, J./ Willamsen, G.: «Modelling Transport», 3 Edition, published by Wiley, ISBN 0-471-86110-3
6. VISUM 14 Fundamentals, VISUM 14 Manual, 2014 PTV AG, Karlsruhe.

Аннотация

В статье приводятся особенности этапа перераспределения транспортного спроса при расчёте четырёхступенчатой транспортной модели города.

Annotation

This article features «Traffic Assignment» stage of the 4-step city transport model.

Ссылка на сборник: http://www.mtp.in.ua/zbirnyk/issues/mtp58