Формирование эффективной транспортной системы города

1. Формирование эффективной
транспортной системы крупного
города
Якимов Михаил Ростиславович,
д.т.н., профессор ПНИПУ.
ТРАНСПОРТА
ИНСТИТУТ
пермского национального исследовательского
политехнического университета

2. 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
поездоквсутки
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
долявобщейструктурезанятости
сфера услуг
сельское хозяйство
производство
Транспортная система города – часть информационной системы
2
Потребление
информации
Потребление
ресурсов
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.

3. Схема оценки эффективности транспортной системы города
3
ЭФФЕКТИВНОСТЬ транспортной системы
города
ВРЕМЯ
Минимизация времени реализации
транспортных корреспонденций
всеми видами транспорта
РЕСУРСЫ
Минимизация потребления всех
видов ресурсов
ТЕРРИТОРИЯ
Минимизация площади городской
территории задействованной под
транспортной инфраструктурой
Основные ресурсы
ЭНЕРГИЯ
Минимизация 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

4. Территория города
Застроенные
территории
Свободные
территории
Генерация
транспортного спроса
(транспортный спрос)
Регенерационный
потенциал
природной среды
Удовлетворение
транспортного спроса
(транспортное
предложение)
Территории под
транспортной
инфраструктурой
a1,ip 2,ip 3,ip
4,ip 5,ip 6,ip
7,ip 8,ip 9,ip
4
Екатеринбург:
Транспортных
районов–
380
Модель городской
структуры
Транспортный анализ территории города (1)

5. 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. 6
Транспортный анализ территории города (3)

7. 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)

8. Оптимальные модели (1)
1) прогнозные модели;
2) имитационные модели;
3) оптимизационные (оптимальные)
модели.
8Математическая модель оптимальной задачи
Качество
жизни
Жизненные
потребности
Экзистенциа
льные
Социальные
Престижные
Духовные
Материальн
ое
потреблени
е
Пирамида
Маслоу
Нематериаль
ное
потребление
Качество
окружающей
среды
Качество
информацион
ного обмена
Информацион
ная система
Транспортная
система
Эффективность
транспортной системы
ВРЕМЯ
Минимизация
времени реализации
транспортных
корреспонденций
РЕСУРСЫ
Минимизация
потребления всех
видов ресурсов
Минимизация целевой
функции (время)
ЭНЕРГИЯ
Минимизация затрат
энергии
ТЕРРИТОРИЯ
Минимизация
городской территории
Минимизация
потребления энергии
Минимизация последствий
утилизации энергии
Устойчивое
состояние системы
Неустойчивое
состояние системы
Экологическая
безопасность
Безопасность
жизнедеятельност
и
Минимизация
выбросов ЗВ
Минимизация
шумового загрязнения
Минимизация
рисков ДТП
Минимизация
площади УДС
Потребление
информации
Потребление
ресурсов
Духовные:
познание,
самоактуализац
ия,
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.

9. 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 Xl
v
Xl
v
Xl
v
Z
Целевая функция
(13)



ji
ijrs
ji
ijrsijrs
rs
k
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)

10. I) По спросу на перемещение в исследуемых областях
rsrsrsrsrsrsrs GXlXlXl  321 (14)
II) Ограничения по выбросам загрязняющих веществ
DXlaXla
N
1 3
1s
3rsrs3
3
1s
2rsrs2
r
  
)( (15)
III) Ограничение по протяженности существующей УДС
r
s
rs
s
rs LX
wp
X
wp
  
3
1
3
33
3
1
2
22
11
, (16)
IV) Ограничение по риску возникновения ДТП
P
wvN
X
wvN
X
wvN
X
z
s s 33r3
3rs
s 22r2
2rs
11r1
1rs











   , (17)
U
wvN
X
f
wvN
X
f
wvN
X
f
s s 33r3
3rs
3
s 22r2
2rs
2
11r1
1rs
1 





  (18)
V) Ограничение по подвижному составу
OTX
klzu r s
rs 

 
10
1
3
1
2
222
1
(19)
ИTX
zw r s
rs 

 
10
1
3
1
3
33
1
(20)
VI) Ограничение по шумовому загрязнению
SR
w
X
w
X
10N
dhs
3
s
3rs
2
s
2rs
258
r
r








 




.
(21)
Система ограничений
10
Оптимальные модели (3)

11. 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

12. 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
1
2E6r
11r1
s1r3E2rs l
v
1
Y
wvN
f
Y
wvN
z
Yl 



  )( , Er ,2,1 , 3,2,1s ;
rs
2
2E7r
22r2
2
2E6r
22r2
2E5r
2
258
r
r
E5
222
E2rrsErrs2
r
r
22
l
v
1
Y
wvN
f
Y
wvN
z
Y
w
1
10N
dhs
Y
klzu
1
YlYla
N
1
Y
wp
1










 .
, Er ,2,1 , 3,2,1s
rs
3
2E7r
33r3
3
2E6r
33r3
2E5r
3
258
r
r
1E5
33
E2rrsErrs3
r
r
33
l
v
1
Y
wvN
f
Y
wvN
z
Y
w
1
10N
dhs
Y
zw
1
YlYla
N
1
Y
wp
1










 .
, Er ,2,1 , 3,2,1s
12
Оптимальные модели (5)

13. Двойственная задача - решение
13
Оптимальные модели (6)

14. 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

15. 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 повторяющих
фаз жизни отдельного человека.
• Способ управления - «жизненный цикл». Цикл функционирования объектов
дорожно-транспортного комплекса.
• Цель управления - создание условий для удовлетворения объективно обусловленных
транспортных потребностей населения, при эффективном использовании имеющихся в
распоряжении 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

16. Формирование эффективной транспортной системы
крупного города
ЯКИМОВ МИХАИЛ РОСТИСЛАВОВИЧ
Спасибо за внимание!