Формирование эффективной транспортной системы крупного

города

Якимов Михаил Ростиславович, д.т.н., профессор ПНИПУ.

ТРАНСПОРТАИНСТИТУТ

пермского национального исследовательского политехнического университета

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1980

1983

1986

1989

1992

1995

1998

2001

2004

2007

2010

2013

2016

2019

2022

2025

2028

2031

2034

2037

2040

годы

$

500000

700000

900000

1100000

1300000

1500000

1700000

1900000

2100000

2300000

по

езд

ок в

сутк

и

Производительности труда

в России ($ в год на

занятого в производстве)

Объем передачи

информации по каналам

связи (Гбайт, байт/с)

Нагрузка на транспортные

системы городов (для г.

Перми количество

транспортных

корреспонденций в сутки)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1900 1920 1940 1960 1980 2000

год

до

ля

в о

бщ

ей

стр

укту

ре з

ан

ято

сти

сфера услуг

сельское хозяйство

производство

Транспортная система города – часть информационной системы

2

Потреблениеинформации

Потреблениересурсов

Духовные:познание,

самоактуализация,самовыражение.

Престижные:самоуважение, уважение со стороны других, признание,

достижение успеха и высокойоценки, служебный рост.

Социальные:социальные связи, общение, привязанность,

забота о другом и внимание к себе, совместная деятельность.

Экзистенциальные:безопасность существования, комфорт,

постоянство условий жизни.

Физиологические:Голод, жажда, половое влечение и т.д.

Схема оценки эффективности транспортной системы города

3

ЭФФЕКТИВНОСТЬ транспортной системы города

ВРЕМЯМинимизация времени реализации

транспортных корреспонденций всеми видами транспорта

РЕСУРСЫМинимизация потребления всех

видов ресурсов

ТЕРРИТОРИЯМинимизация площади городской территории задействованной под транспортной инфраструктурой

Основные ресурсы

ЭНЕРГИЯМинимизация затрат энергии

Минимизация потребления энергии

Минимизация последствий утилизации энергии

Оптимальное распределение транспортного спроса по площади

территории и по видам систем транспорта

Устойчивое состояние системы

Неустойчивое состояние системы

Экологическая безопасность

Дорожная и производственная

безопасность

Минимизация техногенной опасности

Минимизация выбросов ЗВ

Минимизация шумового

загрязнения

Минимизация рисков ДТП

Качество жизни населения города

Повышение качества информационного обмена

Степень реализации жизненных стратегий людей, удовлетворения их жизненных потребностей

Реализация экзистенциальных потребностей: безопасность существования, комфорт; постоянство условий жизни.

Последовательная реализация потребностей:•Социальных•Престижных•Духовных

Территория города

Застроенные территории

Свободные территории

Генерация транспортного спроса(транспортный спрос)

Регенерационный потенциал

природной среды

Удовлетворение транспортного спроса

(транспортное предложение)

Территории под транспортной

инфраструктурой

b

a

b

1,ip 2,ip 3,ip

4,ip 5,ip 6,ip

7,ip 8,ip 9,ip

4

Екатеринбург:Транспортных

районов–380

Модель городскойструктуры

Транспортный анализ территории города (1)

Транспортный анализ территории города (2)

5

Жилая застройка

Население Рабочие места

Учащиеся

Автомобили

80% жителей - на 30% площади территории города

80% рабочих мест- на 4%площади территории города

6

Транспортный анализ территории города (3)

Идеальная сеть Реальная сеть (свободная,

нагруженная)

Качество:• транспортного

планирования;• организации

дорожного движения.

7

Транспортная зависимость (ед.*км/сутки)

Транспортное движение (ед.*км/сутки)

Оценка качества функционирования транспортной системы (5)

Оптимальные модели (1)

1) прогнозные модели; 2) имитационные модели; 3) оптимизационные (оптимальные) модели.

8Математическая модель оптимальной задачи

Качество

жизни

Жизненные потребности

Экзистенциальные

Социальные

Престижные

Духовные

Материальное

потреблени

е

Пирамида Маслоу

Нематериальное

потребление

Качество окружающей

среды

Качество информацион

ного обмена

Информационная система

Транспортная

система

Эффективность

транспортной системы

ВРЕМЯМинимизация

времени реализации

транспортных корреспонденций

РЕСУРСЫМинимизация

потребления всех

видов ресурсов

Минимизация целевой

функции (время)

ЭНЕРГИЯМинимизация затрат

энергии

ТЕРРИТОРИЯМинимизация

городской территории

Минимизация потребления энергии

Минимизация последствий утилизации энергии

Устойчивое состояние системы

Неустойчивое состояние системы

Экологическая безопасность

Безопасность жизнедеятельност

и

Минимизация

выбросов ЗВМинимизация

шумового загрязнения

Минимизация

рисков ДТП

Минимизация

площади УДС

Потреблениеинформации

Потреблениересурсов

Духовные:познание,

самоактуализация,

самовыражение.

Престижные:самоуважение, уважение

со стороны других, признание,

достижение успеха и высокой

оценки, служебный рост.

Социальные:социальные связи, общение,

привязанность, забота о другом и внимание к себе, совместная

деятельность.

Экзистенциальные:безопасность существования, комфорт, постоянство условий

жизни.

Физиологические:Голод, жажда, половое влечение и

т.д.

Целевая функция

9

Степени свободы

Переменные

1rsX – количество людей, передвигающихся в области «r» по типу «s» пешком; 2rsX – количество людей,

передвигающихся на ОТ в области «r» по типу «s»; 3rsX – количество людей, передвигающихся на ИТ в

области «r» по типу «s»

min)111

(1

3

1

3

3

2

2

1

1

E

r s

rsrsrsrsrsrs Xlv

Xlv

Xlv

Z

Целевая функция

(13)

ji

ijrs

ji

ijrsijrs

rsk

kl

l

,

,

где E – количество транспортных зон; 1v - средняя скорость

перемещения одного человека пешком (км/час); 2v - средняя

скорость перемещения одного человека на ОТ (км/час); 3v - средняя

скорость перемещения одного человека на ИТ (км/час); rsl -

средневзвешенная по количеству людей длина доли корреспонденций, проходящих через зону r по типу s, км:

Оптимальное распределение корреспонденции всех жителей города устанавливается в зависимости от:

зоны (территории города), в которой совершается корреспонденция; способа реализации корреспонденции (пешком, на общественном транспорте, на индивидуальном

транспорте);

типа реализации корреспонденции (транзит, въезд в зону, внутреннее движение в зоне).

Оптимальные модели (2)

I) По спросу на перемещение в исследуемых областях

rsrsrsrsrsrsrs GXlXlXl 321 (14)

II) Ограничения по выбросам загрязняющих веществ

DXlaXlaN

1 3

1s

3rsrs3

3

1s

2rsrs2

r

)( (15)

III) Ограничение по протяженности существующей УДС

r

s

rs

s

rs LXwp

Xwp

3

1

3

33

3

1

2

22

11, (16)

IV) Ограничение по риску возникновения ДТП

PwvN

X

wvN

X

wvN

Xz

s s 33r3

3rs

s 22r2

2rs

11r1

1rs

, (17)

UwvN

Xf

wvN

Xf

wvN

Xf

s s 33r3

3rs3

s 22r2

2rs2

11r1

1rs1

(18)

V) Ограничение по подвижному составу

OTXklzu r s

rs

10

1

3

1

2

222

1 (19)

ИTXzw r s

rs

10

1

3

1

3

33

1 (20)

VI) Ограничение по шумовому загрязнению

SRw

X

w

X

10N

dhs

3

s3rs

2

s2rs

258

r

r

.

(21)

Система ограничений

10

Оптимальные модели (3)

Прямая задача - решение

Значение целевой функции составляет – 995 406 час в суточном цикле транспортных потребностей, что на 35% меньше показателя существующего объема времени - 1 546 779 часов.

11

Оптимальные модели (4)

1 2 3 4 5

АВ 0 0 0 0 0

ВС 0 0 0 0 0

СD 0 0 0 0 0

AB 0 0 0 0 4 168

BC 304 225 500 514 212 630 325 132 189 739

CD 87 462 0 0 49 526 31 161

AB 77 513 87 545 23 672 39 098 42 037

BC 88 732 17 589 67 898 0 0

CD 0 257 686 54 378 54 748 0

ИТ

вид

перемеще

ний

тип

прохожде

ния зоны

номер зоны

пешеходы

ОТ

6 7 8 9 10

АВ 0 0 0 0 0

ВС 0 0 0 0 0

СD 0 0 0 0 0

AB 7 600 0 0 76 541 78 941

BC 0 64 363 23 863 48 227 40 219

CD 19 156 0 0 944 1 619

AB 8 503 8 040 0 0 23 025

BC 173 376 79 036 2 628 19 061 0

CD 115 181 198 931 0 0 0

ИТ

вид

перемеще

ний

тип

прохожде

ния зоны

номер зоны

пешеходы

ОТ

Двойственная задача

max

)( )(

E

1r

r2E7

E

1r

E

1r

r2E6r2E5

2E51E5

E

1r

3

1s

s1r3E2rs

E

1r

rE

E

1r

rr

PYUYYSR

YИТYОТYGDYYLF

rs

1

2E7r

11r1

12E6r

11r1

s1r3E2rs lv

1Y

wvN

fY

wvN

zYl

)( , Er ,2,1 , 3,2,1s ;

rs

2

2E7r

22r2

22E6r

22r2

2E5r

2

258

r

rE5

222

E2rrsErrs2

r

r

22

lv

1Y

wvN

fY

wvN

z

Yw

1

10N

dhsY

klzu

1YlYla

N

1Y

wp

1

. , Er ,2,1 , 3,2,1s

rs

3

2E7r

33r3

3

2E6r

33r3

2E5r

3

258

r

r1E5

33

E2rrsErrs3

r

r

33

lv

1Y

wvN

fY

wvN

z

Yw

1

10N

dhsY

zw

1YlYla

N

1Y

wp

1

.

, Er ,2,1 , 3,2,1s

12

Оптимальные модели (5)

Двойственная задача - решение

13

Оптимальные модели (6)

14

Оптимальные модели (7)

Параметры качества жизни

Модель транспортного спросаМодель транспортного предложения

Расчетный модуль

Верхние ограничения

Нижние ограничения

Расчетный модуль - шум

Интенсивность ТП

Скорость ТП

Расчетный модуль - ЗВ

Расчетный модуль -симплекс-метод Расчетный модуль - риск

ДТП

Целевая функцияЛюди Время

Предпрогнозные (оптимальные) транспортные модели

Прогнозные транспортные модели (PTV Vision VISUM, Aimsun, Emme/2)

Левая часть Правая часть

Правая частьЛевая часть

Сценарии

Прогноз

Имитационные транспортные модели (PTV Vision VISSIM)

Мероприятия

Система управления

15

Принципы (компоненты и инструменты)

Концепция Стратегия Программа План Схема

• Объект управления - транспортная система города.• Предмет управления - «жизненная фаза». В зависимости от основных повторяющихфаз жизни отдельного человека.• Способ управления - «жизненный цикл». Цикл функционирования объектовдорожно-транспортного комплекса.• Цель управления - создание условий для удовлетворения объективно обусловленныхтранспортных потребностей населения, при эффективном использовании имеющихся враспоряжении сообщества ресурсов.

Стратегия

1. Стратегия выработки решений по управлению транспортной системой на этапе планирования

Первая группа решений: регулирование землепользования и застройки территории города. На основе:

)()( iGSiSG gg

srEY )1(32

1. Наибольшая разность

2. Наименьшая значение

Вторая группа решений: транспортное планирование и организация дорожного движения На основе:

1. Наибольшее значение

2. Наибольшие значения

rY

rEY 26 rEY 27

Формирование эффективной транспортной системы крупного города

ЯКИМОВ МИХАИЛ РОСТИСЛАВОВИЧ

Спасибо за внимание!