Проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния
 

Каталог ресурсов УралWeb Рейтинг@Mail.ru
 

Морфологические типы сетей метрополитена

С.А. Тархов

При описании структуры сетей метрополитена, как пра-вило, исследователи используют ряд простых показателей (число действующих линий, общая протяженность и плотность сети), которые, однако, не могут передать всю сложность пространст-венной композиции (устройства) каждой сети отдельно. Иногда при описании конфигурации таких сетей используют разные морфологические типологии. Так Л.И. Василевский в 1970-е го-ды выделял такие типы конфигураций сетей (Василев-ский,1971,с.35-36; 1976, с.24): линейный, радиальный, радиально-полукольцевой, радиально-кольцевой и древовидный, тогда как К. Иваничка (1987,с.235-238) – одотропный, моноцентрический, многоосевой, полицентрический, конвергентный, веерный. А.М. Якшин (1946, с.10-13) разделял сети на линейные, трехлучевые, четырехлучевые, многолучевые, с двойными связями (по две па-раллельные магистрали), сложные и очень сложные. А. Полесе (Polese,1974,p.286), изучив конфигурации всех сетей метрополи-тена мира, обобщил их в следующие типы: сквозной диаметр с ветками, два касающихся диаметра, два пересекающихся диамет-ра с ветками, кольцо с ветками, треугольник с 6 ветками, прямо-угольная решетка, радиально-кольцевая структура, прямоуголь-но-диагональная сеть. Эта последняя типология чаще всего и ис-пользуется для описания структуры сетей метрополитена и линий скоростного трамвая (например, см. Light Rail ,2001, p.81-91).

Тем не менее, такие типологии не дают ни количествен-ной, ни качественной характеристики пространственной структу-ры рассматриваемых сетей. Их нельзя использовать при проекти-ровании и прогнозе развития транспортной сети. Поэтому нами уже ранее (Тархов, 1987) предлагалась классификация сетей мет-рополитенов мира по уровню топологической сложности их структуры (по числу топологических ярусов в циклическом осто-ве сети и по числу циклов), которая позволяет давать такие опи-сания и количественные оценки качества пространственной ком-позиции сетей. За прошедшие после публикации 15 лет число метрополитенов в мире увеличилось с 66 до 100. Поэтому мы решили проверить предложенную ранее классификацию и узнать, насколько усложнились структуры этих сетей, выяснить, какие типы структуры характерны для вновь открытых метрополите-нов, какие морфологические типы преобладают сейчас, какова максимальная сложность таких сетей, какова динамичность их структур.
Для этого нами была изучена топологическая структура всех 100 сетей метрополитена мира, которые действовали в конце 2002г. (табл. 1). Рассматривались все так называемые «тяжелые» метрополитены (классические внеуличные метрополитены с большими вагонами), автоматические облегченные метрополите-ны (типа «ВАЛ/VAL»), а также несколько нетрадиционных мет-рополитенов (рельсовые системы переходного типа «трамвай-метро», обслуживающие территории больших городов либо в тоннелях, либо на эстакадах, но фактически являющихся метро-политенами; например, во Франкфурт-на-Майне, Амстердаме, Роттердаме, Измире). Не рассматривались системы скоростных трамваев, линии которых проходят на обособленном полотне, но имеют малогабаритный подвижной состав (так называемые «лег-кие» или «облегченные» городские скоростные железные дороги).

Города упорядочены по топологическим классам сложно-сти структуры сетей (числу ярусов в остове циклической сети и числу ярусов разветвления К у сетей-деревьев), числу циклов, числу станций.

Для описания и измерения топологической сложности се-ти каждого метрополитена была собрана картографическая ин-формация по всем 100 системам. Сеть линий каждой системы метро была нанесена на план города и затем расчленена топо-морфологическими методами (Тархов, 1989) на структурные то-пологические компоненты (циклический остов, внеостовные цик-лы, топологические ярусы, дендриты). Затем все сети были рас-классифицированы по уровню топологической сложности (по числу топологических ярусов, числу циклов, числу ярусов раз-ветвления в случае сети-дерева).

С топологической точки зрения сети линий метрополите-на значительно проще сетей наземного городского пассажирского транспорта.

Основные типы сетей

Главным признаком выделения классов пространственной сложности сетей метрополитена являлось число топологических ярусов в циклическом остове сети (Тархов, 1987, 1989). Если в циклической сети нет ни одного яруса (а, следовательно, и осто-ва), она относится к 0 классу, а, когда в сети нет ни одного цикла, - к классу дерева (класс с отрицательным числом топологических ярусов). Топологическая сложность деревьев определяется по числу ярусов разветвления.

Все сети метрополитена по уровню топологической сложности своей структуры делятся на четыре больших группы: сложные циклические (имеют циклический остов с 3 ярусами), циклические сети средней сложности (имеют в своем составе циклический остов с 1-2 топологическими ярусами), простые циклические (имеют только по одному циклу в сети, т.е. являют-ся моноциклическими) и сети-деревья (в их структуре нет замк-нутых контуров, они слагаются только из древовидных элементов – ветвей и цепей).

Несколько самых сложных сетей (Токио, Нью-Йорк, Па-риж, Лондон, Мадрид, Сеул) имеют 3 яруса в остове. Самую сложную топологическую структуру имели сети метрополитена Токио (3 яруса и 76 циклов) и Нью-Йорка (включая систему PATH; 3 яруса и 75 циклов). Отметим, что сеть Токио «перегна-ла» Нью-Йорк в 2001г., после открытия в японской столице но-вой большой кольцевой линии. Париж и Лондон значительно ус-тупают по уровню сложности этим двум крупнейшим в мире сис-темам. В этот же класс сложности (3-й) в 2001г. вошла быстро росшая последние 10 лет сеть метрополитена Сеула. По 2 тополо-гических яруса в циклическом остове имеют сети метро Мехико, Москвы, Осаки, Берлина. Среднее число циклов в циклических сетях с 3 топологическими ярусами составляло 57, с 2 ярусами – 20 ( табл. 1).

Среди циклических сетей метро преобладают одноярус-ные (их 16; среднее число циклов в таких сетях - 5) и безостовные (с одним циклом; их – 19). Безостовные сети различаются по чис-лу ветвей, расходящихся от единственного цикла: по 4, 3, 2 и 1. Особым случаем в этом классе является сеть метро Глазго, со-стоящая из единственной кольцевой линии (т.е. число ветвей здесь равно нулю). Чаще же всего в сетях метрополитена встре-чаются моноциклические структуры с 3-5 ветками.

Табл.1. Топологический размер сетей наземного городского транспорта и метрополитена (по числу циклов)

Классы
сетей
Сети наземного городского транспорта
Сети метрополитена
(число ярусов в остове)
Число
циклов
Среднее
число циклов
Число
циклов
Среднее
число циклов
11
1823
-
-
-
10
-
-
-
-
9
854-1471
-
-
-
8
-
-
-
-
7
521-834
676
-
-
6
547-580
563
-
-
5
140-471
235,1
-
-
4
91-458
174,4
-
-
3
26-157
63,0
36-79
56,7
2
6-64
22,8
13-25
20,0
1
2-26
6,9
2-14
4,5
0
1-6
1,6
1
1

Более половины сетей метро (55 из 100) являются деревь-ями, т.е. не имеют в своем составе замкнутых циклов. Деревья различаются по числу ярусов разветвления К. Чем проще струк-тура, тем большее разнообразие ее типов встречается. Наиболее сложную среди них структуру имеет сеть метро Осло (6 ярусов разветвления; после замыкания первого цикла в 2006г. эта сеть превратится в безостовную циклическую). По 4 яруса разветвле-ния имеют 7 сетей-деревьев, по 3 яруса – 3 сети, по 2 яруса – 17. Среди сетей с 2 ярусами разветвления (К=2) выделяются три ти-па: 1)сеть-звезда – число лучей, расходящихся от центрального пересечения, может быть от 5 до 7 (например, сеть Будапешта – с 6 лучами); 2)сеть-крест - из центральной вершины-перекрестка выходят 4 луча (Минск, Новосибирск, Пхеньян, Рим, Тегеран); 3)сеть-тройник – из центральной вершины выходят три линии (Тбилиси, Медельин, Фукуока). Деревья с К=3 представляют со-бой различные сочетания структур типа К=2: тройник с тройни-ком, тройник с крестом, тройник со звездой, крест с крестом, крест со звездой, звезду со звездой.

27 сетей имели простейшую структуру - это одна линия без всяких разветвлений. Эти сети различаются своими размера-ми – протяженностью линии и числом станций. Самыми протя-женными среди этого простейшего типа структур были линии метрополитенов Йокогамы, Тэгу, Бильбао, Майами, Инчхона, а самыми короткими – недавно открытые метрополитены Стамбу-ла, Днепропетровска, Екатеринбурга, Софии и Дели.

Сети метро отличаются от всех остальных типов транс-портных сетей своей упрощенной топологической структурой, повышенным уровнем разветвленности за счет более протяжен-ных внешних дендритов. Уровень топологической сложности у сетей метрополитена, как показано в Тархов (2002), ниже, чем у маршрутных сетей общественного наземного транспорта боль-ших городов (табл. 1): число циклов в сетях метрополитена меньше.

Таким образом, анализ морфологического строения сетей 100 метрополитенов мира позволил выявить 5 топологических классов их сложности: самые простейшие (деревья с числом раз-ветвлений от 1 до 6), циклические сети без остова, простые цик-лические (с 1 и 2 ярусами в остове) и средние по сложности цик-лические (с 3 и 4 ярусами в остове). Анализ морфологических типов сетей показал, что чем сложнее топологическая структура сети, тем меньше разнообразие ее конфигурационных форм; чем проще она, тем больше это разнообразие.

Динамика типов

Сравним, насколько повысился уровень топологической сложности структуры сетей крупнейших систем метрополитена мира в период с 1985г. по 2002г. (табл. 2). Структура сетей Нью-Йорка, Москвы, Берлина, Осака в этот период усложнилась не-значительно (возникло от 3 до 7 новых циклов). В этот же период число вновь появившихся циклов увеличилось значительно в се-тях метрополитена Токио (+ 42), Сеула (+24), Мехико и Мадрида (по 14) и Лондона (13 новых циклов благодаря постройке новой системы DLR и открытию Юбилейной линии). Сеул по уровню сложности циклического остова догнал старые сети Нью-Йорка и Парижа и являлся самой динамичной сетью метрополитена мира (2-й топологический ярус в остове появился в 1985г., 3-й – в 2001г., при этом число циклов возросло с 8 до 36). Таким обра-зом, рост сетей метрополитена Сеула, Токио, Мадрида, Лондона в течение последних 17 лет был самым интенсивным среди осталь-ных сетей. Сеть линий метрополитена Нью-Йорка, которая с 1932г. по 1942г. была самой сложнейшей в мире (в этот период в ее циклическом остове было 4 топологических яруса и 100 цик-лов - максимальное число среди всех сетей метро в мире за всю их историю), после снятия всех надземных линий “Elevated” в 1937-85гг. ушла на 2-е место в мире, уступив сети Токио в марте 2001 г.

В этот же период не изменилась структура циклического остова двух сетей – Гамбурга и Буэнос-Айреса – там не возникло ни одного нового цикла. За этот период из 1-го во 2-й класс топо-логической сложности (появился 2-й ярус в циклическом остове) перешли 5 сетей (Нагоя в 1989г., Милан в 1990г., Санкт-Петербург в 1991г., Лиссабон в 1998г., Стокгольм – в 2000г.); из 2-го в 3-й класс – 4 сети (Токио в 1997г., Мадрид в 1998г., Лон-дон в 1999г. и Сеул в 2001г.). Таким образом, из 21 самых слож-ных сетей в более высокий класс переместились девять, а осталь-ные 12 пребывают в том же классе топологической сложности, что и в 1985г. Наиболее радикально усложнилась структура сетей Сеула, Токио, Мехико, Мадрида и Барселоны; самыми «застой-ными» в плане изменчивости топологической структуры явля-лись сети метрополитена Гамбурга, Буэнос-Айреса, Нью-Йорка, Парижа, Берлина, Вашингтона. Такая подвижность или устойчи-вость морфологических типов сетей метрополитена вызвана не-сколькими причинами. Среди них стоит упомянуть общий эко-номический спад (или застой) ряда крупнейших городов и бур-ный рост других; неудачные или удачные стратегии градострои-тельной политики в области транспорта (в т.ч. приоритет разви-тию скоростного внеуличного рельсового или легкового автомо-бильного). При разработке генеральных схем развития систем внеуличного скоростного рельсового транспорта следует учиты-вать положительный опыт проектирования и строительства сис-тем метрополитена Сеула, Токио, Мадрида, Мехико и Барселоны. Генеральные схемы развития этих сетей быстро реализуются, и в настоящее время здесь идет сооружение нескольких новых сквозных и кольцевых линий метрополитена, которые значитель-но снизят транспортные перегрузки не только в центрах, но и на периферийных частях этих городских агломераций. Завершенные в последние годы постройкой сети скоростных автострад в этих агломерациях не смогли решить их транспортную проблему. Именно поэтому единственным способом решения здесь призна-но значительное пространственное расширение и радикальное структурное усовершенствование сетей скоростного рельсового сообщения.

Табл.2. Изменение топологической структуры сетей крупнейших метрополитенов мира в 1985-2002 гг.

* Метрополитены упорядочены по числу стадий роста
(увеличению числа классов) и числу появив-шихся в сети циклов.

Города
Из какого класса в какой перешла (число полностью пройденных классов)
Год появления сети-дерева (число ярусов разветвления К)
Год перехода в 0-й класс
Год перехода в 1-й класс (число циклов в сети μ)
Год перехода во 2-й класс (число циклов в сети μ)
Год перехода в 3-й класс (число циклов в сети μ)
Год перехода в 4-й класс (число циклов
Число циклов μ в 2002гг. (в 1985г.)
Абсолютный
μ)
прирост
+Δμ в 1985-2002гг.
Нью-Йорк
Д→4 (5)
1870
1878
1880 (3)
1905 (14)
1918 (34)
1932 (88) ↓
-
-
Нью-Йорк
4→3 (-1)
-
1942
←1941 (100)
75
5
-93
-70
Токио
Д→3 (4)
1927
1959
1963 (4)
1974 (25)
1997 (52)
-
76 (34)
42
Париж
Д→3 (4)
1900
1903
1904 (2)
1908 (8)
1931 (44)
-
63 (57)
6
Лондон вместе с DLR
Д→3 (4)
1863
1874
1884 (2)
1906 (11)
1999 (48)
-
50 (37)
13
Мадрид
Д→3 (4)
1919
1929
1941 (3)
1968 (10)
1998 (36)
-
39 (25)
14
Сеул
Д→3 (4)
1974
1983
1984 (2)
1985 (8)
2001 (33)
-
36 (8)
24
Мехико
Д→2 (3)
1969
1970
1982 (2)
1988 (10)
-
-
18 (4)
14
Москва
Д→2 (3)
1935
1938
1950 (3)
1954 (8)
-
-
24 (17)
7
Осака
Д→2 (3)
1933
-
1965 (2)
1970 (10)
-
-
18 (12)
6
Берлин
Д→2 (3)
1902
1923
1930 (4)
1978 (10)
-
-
13 (10)
3
Барселона
Д→1 (2)
1924
1932
1969 (3)
-
-
-
14 (8)
6
Гамбург
Д→1 (2)
1912
1912
1934 (2)
-
-
-
7 (7)
0
Нагоя
Д→1 (2)
1957
1977
1989 (4)
-
-
-
6 (1)
5
Вена
Д→1 (2)
1976
1979
1980 (2)
-
-
-
6 (2)
2
Мюнхен
Д→1 (2)
1971
1980
1984 (2)
-
-
-
4 (2)
2
Милан
Д→1 (2)
1964
1978
1990 (2)
-
-
-
4 (1)
3
Петербург
Д→1 (2)
1955
1967
1991 (3)
-
-
-
4 (1)
3
Стокгольм
Д→1 (2)
1950
1975
2000 (4)
-
-
-
4 (2)
2
Вашингтон
Д→1 (2)
1976
1977
1983 (3)
-
-
-
4 (3)
1
Буэнос-Айрес
Д→1 (2)
1913
1937
1966 (3)
-
-
-
3 (3)
0
Лиссабон
Д→1 (2)
1959
1993
1998 (2)
-
-
-
2 (0)
2

Литература

1. Василевский Л.И. Конфигурация транспортных путей // Транспортная система мира. М., 1971, с.25-37
2. Иваничка К. Социально-экономическая география. – М.: Прогресс, 1987. – 390с.
3. Тархов С.А. Типология конфигураций метрополитенов мира // Метрострой. –1987. - № 3, с.27-29
4. Тархов С.А. Эволюционная морфология транспортных сетей: методы анализа топологических закономерностей. - М.: ИГ АН СССР,1989 . - 221 с.
5. Тархов С.А. Пространственные закономерности эволюции транспортных сетей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. – М.: ИГ РАН, 2002. – 46с.
6. Якшин А.М. Транспорт и планировка городов //Архитектура СССР. –1938. -№5.-с.20-28
7. Якшин А.М. Планировка транспортных сетей: Опыт градо-строительного исследования. – М.: Гос. архитектурное изд-во, 1946. – 88 с.
8. Jane’s Urban Transport Systems. Ed. C.Bushell. 16th edi-tion.1997/98. - Coulsdon, 1997. – 698p.
9. Light rail networks and lines. Basic network layouts and their ap-plication // Light rail in Germany. – Dusseldorf, 2000, p.81-91
10. Polese A. Schemi tipo di rete di metropolitana // Polese A. Trasporti urbani. Napoli, 1974, p.286
11. Railway Directory. 2001. – Sutton: RGI, 2001. – 317р.