Проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния
 

Каталог ресурсов УралWeb Рейтинг@Mail.ru
 

Материалы X международной (тринадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции 14 - 15 июня 2004 года

Опыт прогнозирования пассажиропотоков на сети
Петербургского метрополитена

М.Л. Петрович

Петербургский метрополитен представляет собой сеть из че-тырех линий общей протяженностью почти 100 км (в двухпутном исчислении). На линиях расположено 58 станций, 12 из них обра-зуют шесть пересадочных узлов. 11 станций метрополитена обеспечивают пересадку на станции железной дороги. Объем пе-ревозок составляет около 2,5 млн. чел. в день (данные по посадке в будние дни осенью 2003 г.). Посадка на наиболее нагруженных станциях достигает величины 90 тыс. чел. в сутки, максимальные пассажиропотоки в вестибюлях - 12 тыс.чел. в час (на вход), на перегонах – до 40 – 45 тыс. чел. в час (в одном направлении).

Начало современного этапа применения математических мо-делей для прогнозирования пассажиропотоков на сети метропо-литена Санкт-Петербурга относится к середине 1960-х годов [1]. В 1972 году с использованием транспортных моделей были обос-нованы проектные решения Комплексной схемы развития всех видов транспорта Ленинграда. С середины 1980-х до 1996 года автор совместно со специалистами института Генерального плана Ленинграда и Ленинградской области (ныне – ЗАО «Петербург-ский НИПИград») и Института социально-экономических про-блем (ныне - Экономико-математического института РАН) вы-полняли расчеты ожидаемых пассажиропотоков для составления технико-экономических обоснований строительства всех новых линий и станций Петербургского метрополитена, а также вариан-тов обхода аварийного участка линии №1. В 2003 году по заказу ОАО «Ленметрогипротранс» выполнен расчет ожидаемых пото-ков для станции «Адмиралтейская», расположенной на дейст-вующей линии №4 в районе Дворцовой площади.

Специфика объекта проектирования обуславливает весьма строгие требования к результатам расчетов. Практически все принимаемые на основе расчетов проектные решения являются окончательными и их изменение на стадии строительства, и, тем более, на стадии эксплуатации связано с большими затратами. Вместе с тем, строгие результаты расчетов должны быть получе-ны в условиях отсутствия надежных данных о расселении и кор-респонденциях.

Такая специфика проектной задачи предопределяет исполь-зование имитационных моделей, основанных на знании законо-мерностей поведения человека в городе и развития транспортной сети, вероятности возникновения той или иной ситуации в разви-тии города.
В ходе работ была сформирована следующая методика при-менения модельно-программного комплекса в решении проект-ных задач. В каждом проекте выделяется три стадии:

1)анализ современного положения и проектных условий, формирование гипотезы изменения транспортной ситуации и по-становка задачи для математического моделирования,

2)проверка гипотезы с помощью математической модели, оп-ределение количественных значений базовых (получившихся в результате моделирования) потоков,

3)приведение базовых значений потоков к проектным, выда-ваемым для дальнейших стадий проектирования.

Стадия 1. Исходные данные о территории, транспортной се-ти, системе расселения, системе мест приложения труда, транс-портных потоках помещаются в геоинформационную базу дан-ных. В ранних проектах для представления территории города площадью в 700 кв. км использовалось 130 транспортных рай-онов, в более поздних проектах - до 240. Транспортная сеть го-рода представляется графом, содержащим почти 2000 дуг, в том числе сеть метрополитена, включая пересадки – 300 дуг. По каж-дому району задаются современные и проектные величины от-правлений и прибытий по трудовым и учебным целям, затраты времени на внутрирайонные передвижения, время на выход в сеть и выход из сети. По каждой дуге указывается вид транспор-та, нормативная пропускная и провозная способность, скорость свободного движения, время ожидания, а также величины пото-ков по данным натурных обследований.

Гипотеза изменения транспортной ситуации должна выявить критические ситуации развития города и транспортной сети, очертить пределы изменения перспективной нагрузки на проек-тируемом элементе в зависимости от изменений конфигурации и параметров транспортной сети, изменения величины отправлений и прибытий, изменений в поведении пользователей транспортной сети. На основе гипотезы определяется количество проектных ситуаций, исследуемых с помощью математической модели.

Стадия 2. Для моделирования пассажиропотоков использу-ется модель прогноза межрайонных корреспонденций с исполь-зованием функции предпочтения Шелейховского-Шацкого и мо-дель распределения потоков в транспортной сети. Моделируется стационарная картина потоков для условного «расчетного часа», характеризующего утренний период перевозок.

Основным фактором, определяющим формирование потоков, являются затраты времени на передвижение с учетом уровня за-грузки отдельных дуг графа: при приближении величины потока к нормативной пропускной (провозной) способности скорость постепенно снижается, а после превышения этой величины, асимптотически приближается к нулю. Этот механизм помогает выявить и загрузить альтернативные пути следования. Графики снижения скорости различны для дуг, представляющих разные виды транспорта и участков сетей одного вида транспорта с раз-ной провозной (пропускной) способностью.

Для исследования эффективности ввода линии метрополите-на используется механизм, позволяющий рассчитывать потоки на проектируемой линии при сохранении исходной (до ввода линии метрополитена) матрицы межрайонных корреспонденций и срав-нивать их с потоками, получившимися в результате изменения межрайонных корреспонденций.

Для каждой серии проектов, выполняемых в разные годы, или в разных системах районирования, выполняется калибровка параметров модели, для чего используются результаты натурных обследований потоков, приведенные к «расчетному часу». В ходе калибровки подбирается величина коэффициента g, характери-зующего снижение уровня интереса (предпочтения) жителей к выбору места прибытия в зависимости от увеличения дальности передвижения в функции f(t)=exp(-gt). В разных сериях расчетов его значение колебалось от 0.07 до 0.09. Подбирается также ве-личина коэффициента, моделирующего «беспокойство при пере-садке» и увеличивающего время пересадки. Так, по обследовани-ям середины 1980х годов, пассажир согласен был ехать на 5–7 минут дольше, чем совершать дополнительную пересадку. Изме-нением величин калибруемых коэффициентов достигается при-ближение картины распределения потоков к картине, получен-ной по результатам натурного обследования. Завершается калиб-ровка при достаточном сходстве картин (т.е. потоки на важней-ших перегонах различаются менее, чем на 5%, на второстепен-ных – до 20%). Безусловно, полного совпадения картин по сети из 2000 дуг при изменении только двух коэффициентов добиться невозможно, и специалист, ведущий калибровку, должен в пер-вую очередь искать не сходства, а объяснимости различий в по-токораспределении.

Наиболее хорошая сходимость моделируемой и наблюдае-мой картин получается по дугам графа, загруженным большим числом корреспонденций, с величиной потока более 10 тыс. чел. в час. Меньшая сходимость наблюдается на дугах, загруженных малыми потоками на периферии города. Объективные различия объясняются незнанием величины передвижений по культурно-бытовым целям и специфики передвижений жителей пригород-ных районов, несоответствием маршрутной сети наземного транспорта картине спроса; субъективные – недостаточной точ-ностью натурных обследований.

В течение многих лет в качестве базовых для калибровки ис-пользовались результаты переписи населения 1970 года и ком-плексных транспортных обследований в Ленинграде в 1972, 1976, 1981 и 1987 годах. По ним восстанавливалась матрица кор-респонденций, определялись потоки на транспортной сети. Наи-более надежными сведениями, извлекаемыми из комплексных обследований, были потоки в вестибюлях метрополитена. В до-полнение к ним силами проектировщиков проводились выбороч-ные наблюдения на отдельных участках наземной транспортной сети. В последние годы наиболее надежные сведения о пассажи-ропотоках предоставляет одна из служб метрополитена, еже-дневно фиксирующая количество пассажиров, проходящих через контрольные пункты в вестибюлях станций. Минимальный учет-ный период – 15 минут, что позволяет выявить локальные макси-мумы потоков. В 2003 году силами института ЗАО «Петербург-ский НИПИград» и С.-Петербургского госуниверситета путей сообщения проведено одновременное обследование пассажиро-потоков на всех автодорожных и железнодорожных въездах в Санкт-Петербург (в его городскую часть). На автомобильных до-рогах учитывались пассажиры индивидуального транспорта, маршрутных такси и маршрутных автобусов. Наблюдение велось в марте и июле, что позволило оценить сезонную неравномер-ность потоков. Это обследование дало надежные данные для про-верки достоверности моделирования пригородных корреспон-денций.

Отметим, что в послеперестроечный период сходимость мо-делируемой и реальной картины улучшилась. Мы объясняем это процессом «нормализации» расселения, обусловленным сущест-венным расширением возможностей индивидуального выбора мест работы (учебы), выбора места проживания, сглаживанием последствий массового перемещения населения в новостройки при наличии фиксированных мест приложения труда.

Расчеты с использованием модели производятся для каждой ситуации, выявленной в ходе выработки гипотезы. В сложных проектах исследовалось до 50 ситуаций, различающихся вариан-тами развития сети и вариантами распределения нагрузок. Ре-зультаты сравниваются между собой, что позволяет выявить ре-акцию сети в целом и ее отдельных элементов на заданные изме-нения (с учетом знаний, полученных в ходе калибровки). До-вольно часто в результате анализа исходная гипотеза уточняется, что приводит к появлению серии дополнительных расчетов. Уве-личение числа исследованных ситуаций, как правило, способст-вует повышению надежности проектного результата.
Стадия 3. Для дальнейшего расчета отбираются значимые результаты моделирования потоков – как правило, это потоки с максимальной величиной, которые могут формироваться вероят-ной транспортной ситуацией. К этим потокам применяются по-вышающие коэффициенты К1 (учитывает возможное превыше-ние потока в максимальный 15-минутный интервал («гребня вол-ны») над среднечасовым потоком, рассчитанным с помощью мо-дели) и К2 (предназначен для учета потоков, обусловленных пе-редвижениями по культурно-бытовым целям).
Значения коэффициентов получены в результате обработки материалов натурных обследований и пролонгированы на про-ектный срок. Коэффициент «гребня волны» имеет максимальное значение (2) на малозагруженных участках сети, минимальное (1,1) – на максимально загруженных. Коэффициент К2 имеет максимальное значение (5) для вестибюлей станций Невский проспект и Гостиный Двор. Для большинства других станций он имеет значение от 1 до 1,5.

Изложенная методика расчета применялась также для расче-тов потоков на магистральной УДС Санкт-Петербурга. Исследо-вались варианты организации платного пропуска автотранспорта по мостам через Неву, варианты развития автодорожных въездов в Санкт-Петербург.

Несмотря на хорошую сходимость результатов прогнозов с натурными наблюдениями, которые проводились при вводе но-вых участков метрополитена, имеется необходимость продолже-ния (по сути – возобновления) исследований транспортного по-ведения населения, изучению закономерностей развития улично-дорожной и транспортной сети, изучению транспортных потоков. Необходимо развитие схемы расчета и модельного аппарата в направлении моделирования корреспонденций и потоков на транспортной сети крупной городской агломерации, создание системы мониторинга транспортных потоков с использованием моделей, позволяющих прогнозировать изменение транспортной ситуации.

Литература

1.Мягков В.Н., Пальчиков Н.С., Федоров В.П. Математическое обеспе-чение градостроительного проектирования.- Л.: Наука, 1989, 144 с.