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

Проблема прогнозирования средствами
имитационной модели

А.И. Стрельников

Знакомство с комплексом расчетов транспортных нагрузок TransNet, созданным сотрудниками ИСА РАН[1], дает повод обсудить вопросы, связанные с практическими приложениями имитационной модели для перспективных прогнозов. Сам комплекс представляет собой весьма совершенную систему. Особенно удобен графический интерфейс, позволяющий эффективно формировать первичный граф или варианты транспортной системы (в сетевой и маршрутной формах), включая параметры организации движения в узлах и на перегонах. Имеется возможность оперативно и гибко управлять вычислительным процессом благодаря встроенному Си-подобному языку управления и активному использованию EXCEL.

В настоящее время TransNet при поддержке ЦИТИ [2] применяется для моделирования транспортной ситуации в Москве (в границах 50-км агломерации). Большой проектный и расчетный опыт Ю.З.Шершевского используется для калибровки модели применительно к существующему положению. Он то и обеспечил мне знакомство с TransNet, пригласив к обсуждению результатов калибровки.

Идеология и возможности TransNet существенно отличаются от идей, принятых в градостроительстве. Прежде всего, это относится к степени подробности информации. Параметры сети включают ширины проезжих частей с указанием числа полос по направлениям, методов организации движения, большого количества классов магистралей (по признакам скорости и зависимости скорость/поток); параметры узлов предполагают или типовые или индивидуальные поворотные схемы.

Первично TransNet полагал известными данные о количестве въездов/выездов на автомобиле в каждом расчетном транспортном районе (РТР) – так распространено и в зарубежных моделях, предназначенных, как правило, для проектов текущей организации движения. Но по настоянию Ю.З.Шершевского модельная схема была переработана: сделан переход к моделированию всех способов передвижения (пешком, на массовом и индивидуальном транспорте) на основе учета первичных характеристик РТР (на-селение, места труда, разнообразные объекты культурно-бытового тяготения). Это сближает инструмент с методикой градостроительных обоснований. Однако есть принципиальное от-личие, которое позволяет мне отнести TransNet и близкие к нему зарубежные продукты (типа EMME2) к числу имитационных методик. Суть заключается в том, что моделируются все виды адаптации (приспособление участников движения к ограничениям, имеющимся в транспортной системе). Заметим, что задачей градостроительных расчетов является определение потенциального спроса на транспортные услуги, по размерам которого определяются параметры системы и ее элементов.

Вероятно, именно это отличие не позволило ранее ни одной организации предъявить убедительные итоги моделирования существующего положения (мне, по крайней мере, такие работы не были известны). Особое качество имитационной модели заключается в том, что появляется возможность калибровать модель по финальным показателям работы транспортной системы. Это невозможно при традиционном градостроительном подходе неполного моделирования.

Отмечая как положительный фактор возможности TransNet определять состояние системы в различные периоды (утренний и вечерний условно-стационарные часы пик, межпиковый или ночной периоды; будни, выходные; летние, зимние сезоны; особые режимы – проезд президента и пр. – они дают основание определять в итоге показатели колебания нагрузок) отметим также и свойства, которые затрудняют принятие проектного решения: все показатели нагрузки относятся к конкретному (локальному) варианту организации движения. Включенные в модель все виды адаптации оставляют за пределами внимания объем нереализованного спроса на транспортные услуги.

К примеру, при моделировании существующего положения в Московской агломерации пришлось учесть падение подвижности населения от центра к периферии, как города, так и агломерации, иначе была бы получена перегрузка пригородных железных дорог. Если градостроитель получает в качестве расчетных характеристик сниженный объем транспортной компоненты для периферийных районов, то он вынужден, с одной стороны, неверно оценивать эффективность размещения населения вне ядра агломерации, с другой стороны, принимает решение об уменьшении параметров транспортной системы на периферии, что усугубляет неудобство проживания во внешней зоне.

Для оценки существующего состояния системы необходимо располагать данными о размещении населения, мест приложения труда, широкого спектра объектов нетрудового тяготения и, кроме того, данными о степени активности этих функций – упомянутой подвижности населения, деловой активности трудовых объектов (по посетителям с деловыми целями), интенсивности посещения культурно-бытовых объектов на единицу расчетной емкости. Очевидно, что в настоящее время в городах (в территориальных зонах, соизмеримых с РТР) таких данных нет даже по населению, поэтому при калибровке приходится прибегать к различным гипотезам (среди них ведущее место принадлежит анализу транспортной доступности зон). Естественно обращение к обследователям: без наличия подобных наблюдений нельзя ожидать прогресса в транспортных обоснованиях.

Полезно обсудить в рамках этой конференции (она объединяет проектировщиков, обследователей и расчетчиков) комплекс задач, которые возникают при расчетах, и перечень необходимых для расчетов закономерностей, а также возможности, которые расчеты дают обследователям как дополнительную информацию о свойстве и качестве территории города и его пригородов. Имеется в виду помощь в организации направленной выборки: поскольку установлено, что подвижность населения связана с бюджетом времени, то выделение расчетными способами зон разной доступности позволяет минимизировать выборку по этим зонам и легко генерализировать итоги обследований на систему в целом.

Особенно трудным местом имитационных моделей, типа заложенных в TransNet для использования в прогнозно-конструктивных целях является метод определения множества путей. Математически логичный поиск равновесного состояния, устанавливающегося в итоге перегрузок на сети (а именно это дает множество путей), вынуждает проектировщиков использовать лишь метод сравнения вариантов. При обсуждении калибровки по Московской агломерации нам не удалось сформулировать бесспорные критерии интерпретации результатов: в какой степени получаемые потоки отражают первичный спрос на транспортные услуги, а в какой – вынужденный перепробег, обусловленный ограничениями пропускной способности сети. Помимо размеров потока (который, по определению, не может превосходить «пропускные способности») приходится учитывать устанавливаемые в результате перегрузок скорости движения. По моему убеждению, для конструктивных целей было бы полезно вернуться к модели естественного рассеяния потоков (например, по типу метода СТОКА, реализованному Л.А.Яковлевым), хотя такой подход и противоречит чистой идее равновесного состоя-ния.

В первом приближении для выявления спроса на транспортные услуги можно было бы предложить снять часть ограничений, присущих транспортной системе города или являющихся ее следствием. Например, если отказаться от учета зависимости «подвижность-бюджет времени», то, приняв социально необходимую стандартную подвижность населения (ее целевую структуру и размер), можно получить вариант работы транспортной системы и потоки на сети, которые отражают нереализованную потребность населения. Это сигнал для проектировщиков и лиц, принимающих решения. То же относится и к взаимоотношениям сетевого и маршрутного описаний общественного пассажирского транспорта (ОПТ). Сетевые потоки могут отражать желательные трассы движения, а маршрутные – их вынужденную адаптацию. Это сигнал для пересмотра маршрутной схемы. Также можно варьировать зависимости коэффициента пользования транспортом (КПТ является функцией дальности и качества транспортной связи, выражаемой скоростью сообщения) или доли перевозок легковым автомобилем (ДЛА является функцией автомобилизации и относительного качества систем УДС и ОПТ, выражаемой соотношением времен сообщения по альтернативным подсистемам). Если в полной модели равновесного состояния итоговые величины КПТ и ДЛА есть результат возникших в результате перегрузок на сети, то их значения (и, как следствие, потоки) на промежуточных итерациях (по свободной сети) отчасти отражают первичный спрос на транспортные услуги. Возможно, именно эти потоки проектировщик-конструктор должен принимать во внимание при разработке проекта.

Все ранее сказанное отчасти является попыткой ответа Ю.С.Кирзнеру (в его обстоятельном сообщении 2003г.[3]): какими свойствами должна обладать и как должна быть настроена модель транспортного расчета, чтобы удовлетворить сформулированным им показателям оценки качества транспортной системы?

Заключая сообщение, хотел бы поставить 2 вопроса:
1) Полезно ли открыть тематику «Поиск закономерностей, необходимых для прогноза перевозок применительно к разным моделям»?
2) Полезно ли изложить накопленные модели в виде алгоритмов, доступных для реализации будущим разработчикам расчетных систем?

Литература

1.Алиев А.С., Попков Ю.С., Швецов В.И. Математическое моделирование транспорта //Труды семинара «Компьютерные модели развития города» - С.-Пб., ИСА РАН, апрель 2003г.
2. Шершевский Ю.З. – см. статью в настоящем сб.
3.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) международной науч.-практ.конф. – Екатеринбург: изд-во АМБ, 2003, с.31-40


© S.Waksman, 2002