Модель оценки качества системы пассажирского транспорта города: реализация на примере Астрахани

Ю.С.Кирзнер

На основе предложенной автором ранее модели оценки качества единичной поездки по критерию транспортной доступности, качества обслуживания расчетных зон по отправлению и прибытию и города в целом, разработана вычислительная модель и проведены расчеты для
г.Астрахани.
 

Проблема объективного соизмерения качества систем городского пассажирского транспорта (дальше: система) будь то система одного и того же города в разные моменты его бытия в настоящем, прошлом или будущем, или системы разных городов, также, разумеется, в разные моменты времени рассмотрена автором в работах [1,2]. В основе измерения качества системы по критерию транспортной доступности – качество единичной поездки,  определяемое отношением фактической наблюдаемой доступности (величина, обратная затратам времени) к эталонной – максимально возможной доступности для данной группы пассажиров при условно принимаемом уровне развития системы.

Группы пассажиров формируются по таким признакам как способ поездки (массовый или индивидуальный транспорт), цель поездки, день недели, период суток, социальные характеристики пассажира (пол, возраст, образование, род занятий, социальный статус, уровень дохода и др.).

Уровень развития системы описывается составом видов массового транспорта и уровнем развития инфраструктуры индивидуального транспорта. Каждый следующий уровень включает все предыдущие, хотя некоторые виды транспорта, входившие в состав предыдущих уровней, могут к моменту измерения (оценки) закончить свой жизненный цикл. Удобно, чтобы в названии уровня отражались те виды транспорта, которых нет в предыдущих уровнях.

Отметим, что качество единичной поездки определяется как максимальное из всех оценок качества для видов транспорта, включенных в данный уровень развития системы. Дело в том, что в зависимости от расстояния по прямой линии между начальной и конечной точками поездки, эффективными могут быть разные виды транспорта, поскольку каждый вид транспорта имеет свою сферу эффективного относительно других видов использования. Это обусловлено различием таких параметров, как скорость сообщения и накладные затраты времени. Как правило, виды транспорта с большими скоростями сообщения характеризуются меньшей плотностью точек входа пассажиров на их линиях, и, следовательно, большими значениями накладных затрат времени.

При проектировании пассажирской транспортной системы Астрахани приняты 4 уровня развития массового транспорта (в скобках – эталонная скорость сообщения и накладные затраты времени на поездку):

1) традиционные виды уличного маршрутного массового транспорта – трамвай, троллейбус, автобус (20 км/ч, 10 минут);

2) маршрутное такси (28 км/ч, 8 минут);

3) скоростной трамвай (30 км/ч, 10 минут);

4) метрополитен (45 км/ч, 20 минут)

и 3 уровня индивидуального транспорта:

5) УДС без скоростных магистралей (45 км/ч, 4 минуты);

6) УДС с умеренным насыщением скоростными магистралями (70 км/ч, 5 минут);

7) УДС с высокой плотностью скоростных магистралей (110 км/ч, 6 минут).

Производные от качества единичной поездки показатели качества обслуживания отдельных территорий (зон, районов, подрайонов) и города в целом вычисляются как взвешенные по соответствующим количествам передвигающихся. Следовательно, важнейшими характеристиками оцениваемых систем должны быть соответствующие им матрицы затрат времени (продолжительностей поездок) и матрицы корреспонденций. Размер матриц определяется территориальным членением города на расчетные зоны, количество матриц – количеством групп пассажиров, определенных выше. Первая группа матриц описывает качество единичных поездок, а вторая – количественную сторону городских пассажирских сообщений.

Названные матрицы составляют первую половину исходных данных и относятся к числителю оценки качества. Они представляют собой абсолютные величины характеристик системы в тот или иной момент её развития. Другой половиной исходных данных служат параметры эталонных уровней развития системы, используемые в знаменателе оценки качества. Для каждого уровня определяются два параметра: эталонная скорость сообщения и эталонные накладные затраты времени.

Такие данные появились по Санкт-Петербургу (2004) [3] и Астрахани (обследование, опрос 2006 г.). В 2006 году разработан вычислительный аппарат и проведены расчеты качества (эффективности) системы ГПТ Астрахани.

Алгоритм оценивания качества (эффективности) системы может быть реализован в программной среде высокого уровня, например, DELPHI или VISUAL BASIC, с интерактивным построением вариантов для оценивания путем выбора файлов матриц продолжительностей поездок и корреспонденций, а также параметров относительных эталонных уровней развития системы. Однако практически удобным оказалось использование связанных по технологии OLE таблиц EXCEL с автоматическим пересчетом всех оценок при изменении параметров относительных эталонных уровней. Эти параметры становятся таким образом наряду с матрицами затрат времени и корреспонденций управляющими параметрами для формирования и оценки существующей системы, ретроспективных её состояний и проектируемых вариантов.

При разработке проектных мероприятий по развитию системы целесообразно использовать значения предельно возможных сокращений затрат времени на поездки, которые вычисляются как разность между наблюденными или прогнозными (проектными) данными и соответствующими эталонными значениями. Они обеспечивают проектировщика информацией о наиболее эффективных направлениях совершенствования транспортной системы для повышения качества транспортного обслуживания.

Эталонные значения скорости сообщения и накладных затрат времени не являются постоянными, раз и навсегда определенными величинами. Они могут уточняться по мере углубления представления исследователей и проектировщиков. В этом смысле они условны. Проектировщик может, например, видоизменить в процессе проектирования параметры скоростного трамвая, приспосабливая его к особенностям данного города в данный период его развития. То есть могут быть использованы различные степени изолированности трамвайного полотна, насыщения линий пересечениями в разных уровнях, различные плотности сети и остановочных пунктов, различный по скорости и вместимости подвижной состав. Более того, именно в ходе проектирования, отталкиваясь от получаемых оценок качества обслуживания, могут выдвигаться новые требования к эталонным значениям скорости сообщения и накладных затрат времени.

Высказанные выше соображения не отменяют объективности сопоставления оценок качества, если сравнение качества межзонных связей, подрайонов, города в разные моменты и различных городов покоится на равных эталонных значениях скорости сообщения и накладных затрат времени. Отсюда следует, что важно предоставить в распоряжение проектировщиков инструмент, позволяющий гибко изменять используемые эталонные значения и обеспечить при этом автоматизированный пересчет производных матриц продолжительностей поездок, оценок качества и возможных сокращений затрат времени при всех возможных уровнях развития системы пассажирского транспорта как массового, так и индивидуального.

Применительно к Астрахани оценка качества на начальный срок проектирования осуществляется по исходной информации, полученной в ходе Опроса-2006, предоставившему все упомянутые матрицы корреспонденций и затрат времени.  На последующие моменты времени – 2015 и 2025 годы – они рассчитывались. Расчет перспективной матрицы корреспонденций основывается на матрице, полученной наблюдением в 2006 году. Моделируются её изменения в соответствии с динамикой подвижности на массовом и индивидуальном транспорте, с изменением емкостей районов (подрайонов) по отправлению и прибытию. Матрица корреспонденций, впитавшая эти изменения и ставшая несбалансированной, подвергается балансировке по алгоритму Ю.А.Шацкого (см. доказательство сходимости Л.М.Брэгмана [5]). То есть моделируется минимальное отклонение от распределения продолжительности поездок, соответствующего данным Опроса-2006 районов (планировочных районов) при соблюдении баланса по отправлениям и прибытиям для каждого района, исходя из намеченной жилой и деловой емкости подрайонов.

Изменение затрат времени между расчетными зонами, моделируется в соответствии с проектируемыми мероприятиями по развитию транспортной сети на 2015 и 2025 годы отдельно для массового и индивидуального транспорта.

На основе данных матриц корреспонденций и продолжительностей поездок 2006, 2015 и 2025 гг., рассчитаны оценки качества и предельно возможные сокращения затрат времени на поездки отдельно для массового и индивидуального транспорта:

Эти оценки отражают качество транспортного обслуживания  как степень удаленности от совершенства (эталона) межзонных связей, расчетных зон и города в целом. В отличие от абсолютных значений средневзвешенных затрат времени, зависимых от дальности поездок, значения этих относительных величин объективно сопоставимы. По ним можно судить, повышается или снижается, и насколько, качество обслуживания данной расчетной зоны по отправлению и прибытию в пределах расчетного срока. То же относится к городу в целом.

Картирование возможных сокращений затрат времени дает инструмент для поиска узких мест в системе, назначения «излечивающих» мероприятий на сети и затем нового итерационного витка, начиная вновь с оценки модернизированной на предыдущей итерации системы и т.д. Отслеживая динамику оценок на связях, обслуживания отдельных зон и города в целом, проектировщик направленно идет к сбалансированным сетевым решениям, обеспечивающим заданный уровень качества системы при минимуме требующихся ресурсов или максимум прироста её качества при заданных ограничениях ресурсов.

Построение картограмм возможных сокращений затрат времени происходит подобно раскладке потоков в сети, где роль матрицы корреспонденций играет соответствующая матрица возможных сокращений. Граф сети в этом случае состоит из нагруженных вершин (ненулевые значения отправлений или прибытий), репрезентативно покрывающих существующую и прирастающую территорию, и прямолинейных дуг с густотой, достаточной чтобы обеспечить связь между любыми парами вершин с коэффициентом непрямолинейности не ниже заданного значения. Анализ таких картограмм дает возможность отобрать избыточное множество конкурентоспособных мероприятий по развитию системы и затем оптимизировать их состав в пределах заданных ресурсных ограничений.

Из всего комплекса аналитических материалов приведём только динамику общегородских характеристик (см.табл.). Заметим, что задача выравнивания средневзвешенных затрат времени на поездки на всем пространстве города хотя теоретически и разрешима, но только теоретически, и лишена практического смысла. Достижение такой цели потребовало бы огромных, заведомо не окупаемых затрат на развитие периферийных элементов сети и, скорее всего, построения искусственных препятствий для поездок в центральных зонах. Задача же выравнивания относительных оценок качества обслуживания разрешима как теоретически, так и практически, и имеет реальный социальный смысл.

Развитие пассажирской транспортной системы Астрахани сложилось таким образом, что с начала 1990-х годов она погрузилась в период кризиса. Положение спас приход в отрасль частных перевозчиков, главным образом, маршрутных такси и стремительный рост парка легковых автомобилей. 

По данным ОПРОСА-2006 на долю индивидуального транспорта приходилось 22,8% всех поездок, на долю маршрутного такси – 60,81%, а на долю трамвая, троллейбуса и автобуса соответственно только 1,93, 2,57 и 5,74% (кроме того, 1,82% приходится на служебный автобус, 0,11% - на железную дорогу, 4,22% на пешеходные звенья в цепочках передвижений). Это структура перевозок кризисного периода. Город должен вернуться на путь сбалансированного развития, поиска эффективной комбинации видов транспорта, которая обеспечила бы достижение роста социальной мобильности жителей; преодоления неразвитой структуры подвижности населения по целям поездок, когда на долю поездок «на работу» и «домой» приходится в будний день 73,7% всех поездок. Поэтому особенно важно комплексно рассмотреть проблемы выбора состава видов транспорта. Нельзя оставлять вне поля зрения другие критерии эффективности кроме критерия затрат времени, учитывать показатели экономичности перевозок, плотности потоков на УДС во избежание снижения скоростей движения, а также критерии надежности и безопасности городских сообщений. 

Вот первые 4 оценки качества систем разных городов в разные моменты их развития при различных эталонных уровнях:

- Астрахань, 2006 год. Относительно уровня традиционных видов массового уличного транспорта (трамвай, троллейбус, автобус) – 0,76.

- Санкт-Петербург (Ленинград), 1970 год. Относительно уровня традиционных видов массового уличного транспорта (трамвай, троллейбус, автобус) – 0,63.

- Астрахань, 2006 год. Относительно уровня скоростного рельсового транспорта, метрополитена – 0,58.

- Санкт-Петербург (Ленинград), 1970 год. Относительно уровня скоростного рельсового транспорта, метрополитена – 0,56.

 

Литература

1. Кирзнер Ю.С. Оценка качества пассажирской транспортной системы города: сопоставимость, измерение, применение. //Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния /материалы IX международной (двенадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции – Екатеринбург, издательство АМБ, 2003. с.31-40.

2. Кирзнер Ю.С. Гиперкуб состояний пассажирской транспортной системы города. //Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния /материалы XII международной (пятнадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции – Екатеринбург, издательство АМБ, 2006. с.31-38.

3. Жуковский А.П., Кирзнер Ю.С., Петрович М.Л., Солодилов В.В. Оценка транспортной подвижности населения в проекте нового Генерального плана развития Санкт-Петербурга. //Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния /материалы XI международной (четырнадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции – Екатеринбург, издательство АМБ, 2005. с.122-129.

4. Кирзнер Ю.С. Относительные предельные уровни развития транспортной системы и её относительная эффективность. //Город и пассажир. Градостроительные проблемы развития пассажирского транспорта. – Л., Стройиздат, 1975. с.115-124.

5. Брегман Л.М. Доказательство сходимости метода Г.В. Шелейховского для задачи с транспортными ограничениями / Вычислит. мат. и мат. физика, 1967, т.7, №1


© S.Waksman, 2002