Транспортная модель города Брянска

 

                                  

                                (4)    

                                               

где N – общее количество населения территории, охваченной моделью.

Для комплексного прогноза загрузки  транспортной сети требуется расчет большого набора матриц корреспонденций между расчетными районами города, соответствующих передвижениям разного типа (пешеходным, автомобильным и совершаемым в системе общественного транспорта), с разными целями и в разное время суток. Для учета суточной неравномерности расчеты производятся отдельно для каждого времени суток (например, утреннего и вечернего часа «пик» и на средний дневной час). Расчет матриц корреспонденций производится по гравитационной модели с использованием различных кривых тяготения для передвижений с различными целями.

Обозначим: R-множество расчетных районов, -корреспонденция из района i в район j от объекта целевой группы k к объекту целевой группы l.  Согласно гравитационной модели корреспонденции получаем формулу 5:

 

                                  (5)

 

где коэффициенты балансировки Ai , Bj определяются из условий, отраженных в формуле 6:

 

                                                                              (6)

 

Величина Cijkl является «транспортной дальностью» между районами i, j. В качестве характеристики транспортной дальности можно использовать цену оптимального пути между районами. Зависимость транспортной дальности от целевых групп k, l обусловлена тем,что для разных типов передвижений может использоваться цена пути в данное время, усредненная цена в течении суток или усредненная цена «туда» и «обратно».

Коэффециенты Xkl определяют «чувствительность» корреспонденций к фактору дальности.Значения этих коэффециентов определятся из эмпирических обследований.Типичные значения для трудовых поездок – 0,065 ,для культурно-бытовых поездок – 0,15.

Коэффициенты суточной неравномерности – это коэффициенты, на которые нужно умножать суточную матрицу корреспонденций, чтобы получить матрицу корреспонденций для периода t. Это отражено в формуле 7:

                                                (7)

 

Эти коэффициенты для передвижений с разными целями определяются из анализа эмпирических данных о неравномерности загрузки различных элементов транспортной сети, неравномерности прибытия и отправления в различных районах города и др.

Важной особенностью загрузки системы общественного транспорта является «ветвление» пути  за счет возможности использования альтернативных маршрутов по принципу, «какой приедет на остановку первым». В этом случае речь идет не о расчете конкретных путей ,а , скорее, о расчете «стратегии поведения», в которой продолжение пути определяется случайным событием прибытия на остановку того или иного транспортного средства. Для моделирования такого поведения используется модель оптимальных стратегий.

Важной особенность в задаче прогноза потоков является следующая обратная связь: матрицы корреспонденций и коэффициенты расщепления по типам зависят от результатирующей загрузки элементов транспортной сети (и , в частности, могут различаться в разное время дня). Для приведения «входных» и «выходных» цен в соответствие друг с другом  организуется итерационный процесс расчета матриц корреспонденций и распределение корреспонденций по сети.

 

 

2. Общие принципы построения транспортной модели и системы путей и дорог

Компьютерная реализация рассмотренной модели осуществлена с использованием программного обеспечения TRANSNET, созданного сотрудниками ИСА РАН.

Основные компоненты:

• графический редактор транспортной сети;
• средства моделирования:
• блок матричных вычислений;
• алгоритмы распределения потоков по сети;
• использование функций определенных пользователей;
• командный язык и расчеты в пакетном режиме;
• средства графического представления и вывода данных.

Все расчетные формулы вводятся в TRANSNET в виде символьных выражений, похожих на выражения языка С. Расчеты могут производится как винтерактивном режиме, с использованием меню и диалогов,так и в пакетном режиме, с использованием командного языка. В последнем случае все необходимые расчетные операции по вычислению матриц и распределению потоков записываются в виде команд в текстовый файл.

В работе представлена математическая модель работы транспортной системы крупного города или городской агломерации ,предназначенная  для прогнозирования изменений в этой работе при краткосрочных или долгосрочных изменениях градостроительного характера или при изменениях в транспортной структуре и организации движения.

Отличительными характеристиками модели являются:

- учет различия характеристик дальности и часовой неравномерности передвижений, совершаемых с разными целями;

- учет различия в структуре передвижений и загрузке элементов транспортной сети в разное время суток;

- последовательное использование концепции «обобщенной цены» передвижения в качестве критерия оценки путей и межрайонных «транспортных» дальностей;

В ходе калибровки достигнута приемлемая сходимость результатов расчета с имеющимися фактическими данными. Модель работоспособна и может использоваться для прогнозирования ситуаций, возникающих на транспортной сети в случае изменения ее структуры или градостроительных условий. Прогнозирование может осуществляться для любых периодов рабочего дня.

Дальнейшая работа может быть связана с моделированием различий в структуре передвижений в разные дни недели и разное время года. Такое моделирование возможно в рамках разработанной методики после проведения необходимых обследований и сбора более подробных данных о размещении объектов прибытия и отправления, в том числе в Московской области. В таблице 2 представлен сравнительный анализ расчетных данных и данных обследований.

  Таблица 2- Сравнение расчетных данных и данных обследований

Показатель		Откл. %
Метро: входы-выходы	сутки утро день вечер	-1,3 0,6 1,1 -1,9
ЖД: въезд в Москву ЖД: выезд из Москвы	утро утро	14,4 3,0
Работа в ул.- дор. сети	легковой грузовой	3,1 0,9
Уличные ОТ	сутки утро день вечер	-21,7 -27,0 -21,4 -17,0

 

Анализируя данную таблицу, мы можем сделать вывод о том, что наименьший % отклонения имеет показатель уличные ОТ в утреннее время суток, а наибольший – показатель ЖД: въезд в Москву в утреннее время суток.

На рисунке 1 отражены коэффициент пользования транспортом и коэффициент расщепления.

 

 

Рисунок 1-а) Коэффициент пользования транспортом;  б) Коэффициент расщепления

На рисунке 1 нам графически представлены коэффициент пользования транспортом и коэффициент расщепления. На рисунке 2 изображена схема «больших» итераций.

 

 

Рисунок 2-Схема «больших» итераций

 На рисунке 2 представлена  схема, состоящая из блоков: «свободная» сеть, расчет цен, расчет корреспонденций, расчет потоков. На рисунке 3 изображена транспортная сеть Московской агломерации и система районов прибытия и отправления.

 

 

Рисунок 3-Транспортная сеть Московской агломерации и система районов прибытия и отправления

На рисунке 4 представлены суммарные объемы выхода со станций метро в разных зонах города.

Рисунок 4 - Суммарные объемы выхода со станций метро в разных зонах города.

Сплошными линиями показаны расчетные данные, пунктирными линиями – фактические данные.

Расчетные автомобильные потоки показаны на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 – Расчетные потоки на улично-дорожной сети в пределах Московской кольцевой автодороги

На рисунке 6 показано сравнение вечерних и утренних расчетных потоков. Видна ассиметрия движения по радиальным направлениям, связанная с трудовыми передвижениями из окраинных»спальных» районов.

 

 

 

            Рисунок 6 – Сравнение утренних и вечерних расчетных потоков  на улично-дорожной сети

 

На рисунке 6 видны также участки выраженной ассиметрии утренних и вечерних потоков на МКАД. Например, на юго-западном участке МКАД утром в большей степени загружена внутренняя, вечером-внешняя сторона.Эти результаты подтверждаются наблюдениями.

На основе проведенного анализа можно сделать вывод об эффективности существующей модели и системы городских путей и дорог г. Москвы, поэтому эта модель предлагается в качестве образца для разработки транспортной модели и системы городских путей и дорог для города Брянска.

 

 

2 Разработка концепции  построения системы поддержки принятия решений в транспортном моделировании и системе городских путей и дорог для г. Брянска

 

2.1 Анализ системы городских путей и дорог г. Брянска

 

 

Город Брянск - это крупный узел железнодорожных магистралей, воздушных трасс, магистральных шоссе, нефте- и газопроводов. Она расположена на кратчайших транспортных путях, соединяющих Москву через Украину с Западной Европой, а Санкт-Петербург с южными районами России. Через территорию области проходят пассажиро- и грузопотоки из стран дальнего и ближнего зарубежья. Транспортная система области представлена железнодорожным, автомобильным, авиационным транспортом. По данным на первое полугодие 2010г объем грузоперевозок жд. транспортом составил - 3930,6 тыс. тонн, автомобильным - 1408,1 тыс. тонн; пассажирских перевозок жд. транспортом - 8700 тыс. человек, автотранспортом - 77,5 млн. человек. Общая протяженность железных дорог превышает 1000 километров, автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием - 6200 километров.

Важное стратегическое и международное значение имеют автотрассы: М3-Москва-Киев (с выходом на трассу М20-Санкт-Петербург-Киев-Одесса), М13-Брянск-Кобрин (с выходом на трассу М1-Москва-Минск-Брест и на М20), А141-Орел-Рославль.

Область пересекают железнодорожные линии Москва-Киев, Рига-Орел-Воронеж, Санкт-Петербург-Харьков-Ростов, автомобильные дороги Москва-Киев, Орел-Витебск, Брянск-Кобрин и другие.

Через Брянскую область пролегают крупные нефте- и газопроводы. Главным из них является нефтепровод «Дружба». Проходящие через область крупные газопроводы Дашава - Москва и Шебелинка - Москва позволяют широко использовать природный газ для развития регионального энергетического комплекса.

Брянск занимает выгодное транспортно-географическое положение. Он расположен на кратчайших транспортных путях, соединяющих Москву через Украину с Западной Европой, а Санкт-Петербург с южными районами России, и представлен всеми видами современного транспорта.

Городские дорожные организации обслуживают 336 автомобильных дорог протяженностью 800 км.

Брянск - развязка стратегических и международных автотрасс: М3 "Москва - Киев" (с выходом на трассу "Санкт - Петербург - Киев - Одесса"), М13 "Брянск - Кобрин" (с выходом на трассу "Москва - Минск - Брест"), а также А141 "Орел - Рославль".

Через Брянск, от Самары в Белоруссию, пролегает знаменитый нефтепровод "Дружба". На территории города находится ОАО "Магистральные нефтепроводы "Дружба". Сегодня "Дружба" - это около 4 тыс. км магистральных нефтепроводов на территории девяти областей России со сложными подводными переходами через Волгу, Оку, Суру, Дон, Десну. Пролегающие через Брянск крупные газопроводы, - "Дашава - Москва", "Шебелинка - Москва".

Экономические реформы обусловили радикальные изменения в структуре автомобильного транспорта.

По состоянию на 1 января 2011 года в городе зарегистрировано 57826 единицы автотранспорта (из них: 48071 находятся в личной собственности граждан), в том числе: 10782 грузовых автомобиля, 42147 - легковых, 2914 - автобусов, 1983 - мототранспорта.

Значительный объем пассажирских перевозок общественным транспортом (до 200,0 млн. человек в год), в том числе социально-значимых, выполняют муниципальное унитарное Брянское городское пассажирское автотранспортное предприятие и МУП "Брянское троллейбусное управление". Анализ перевозок общественным транспортом отображен в таблице 3.

Таблица 3 -  Анализ перевозок общественным транспортом г.Брянска

№ п/п	Показатели	На 01.01.2010, штук	На 01.01.2011, штук
1	Количество автобусов	186	177
2	Из них на линии	136	136
3	Количество автобусных маршрутов	31	33
4	Протяженность автобусных маршрутов	338,1	429,6
5	Количество троллейбусов	164	167
6	Из них на линии	132	134
7	Количество троллейбусных маршрутов	16	17
8	Протяженность троллейбусных маршрутов	353,11	384,91