Раздел 3. Разработка математической модели транспортной системы, Городской округ Губкинский Ямало-Ненецкого автономного округа

Раздел 3. Разработка математической модели транспортной системы, Городской округ Губкинский Ямало-Ненецкого автономного округа

3.1. Задание параметров транспортных районов, определяющих объем и структуру транспортного спроса (в т.ч. параметров застройки, расселения, распределения рабочих мест, мощности грузоотправляющих и грузопоглощающих пунктов, и иных параметров)

В процессе районирования проводится процедура определения размера и границы области моделирования и определения кордонных районов, расположенных на границе моделируемой пространственной области и аккумулирующих все перемещения между ней и "внешним миром". Под областью моделирования типового муниципального образования понимается область исследования, замкнутая контуром моделирования. Под контуром моделирования понимается географическое пространство, занимаемое моделируемым объектом, имеющим следующие характеристики:

- протяженность территории;

- границы;

- географическое положение.

Для определения размера и границы области моделирования рассматриваются область исследования и все потоки, которые к ней тяготеют. Областью тяготения является вся пространственная область, генерирующая или притягивающая транспортные и пассажирские потоки, формирующие нагрузку на транспортную сеть области исследования. Исходными данными для определения области моделирования служат границы муниципальных образований, указанные в геоинформационных и картографических службах.

После определения области моделирования рассматриваемая территория делится на транспортные районы для соединения с узлами транспортной сети при помощи специальных отрезков, называемых примыканиями. В основу выделения транспортных районов положены следующие принципы:

- использование линий естественных и искусственных преград (реки, железнодорожные магистрали, лесные полосы);

- соблюдение административного районирования территории;

- возможность четко охарактеризовать функциональное назначение каждого района в социально-экономической структуре региона;

- низкая дисперсия площади районов;

- доступность данных социальной статистики по всем районам.

В результате были выделены шесть районов.

Таблица N 10 Транспортные районы Городской округ город Губкинский

N п/п	Тип района	Наименование района
1	Городские поселения	Зона зеленых насаждений
2	Городские поселения	Жилая зона
3	Городские поселения	Жилая зона (центральная часть)
4	Городские поселения	Деловой центр города (центральная часть)
5	Городские поселения	Зона промышленных предприятий
6	Городские поселения	Зона зеленых насаждений

Оцифровка сети осуществлялась на следующих объектах УДС:

Отрезок - объект модели транспортного предложения, являющийся модельным образом элементарного участка автомобильной дороги, железной дороги. Каждый отрезок характеризуется рядом геометрических параметров (длина, количество полос для движения ТС и кривизна) и динамических параметров (максимальная разрешенная скорость, пропускная способность), а также списком систем транспорта, для движения которых открыт данный отрезок;

Узел - объект модели транспортного предложения, являющийся модельным образом перекрестка, развязки, примыкания автомобильной, стыковки железной дороги. Отрезки в транспортной модели всегда начинаются и заканчиваются в узлах. В узлах учитываются разрешенные/запрещенные повороты для любого вида транспорта, при наличии светофорного регулирования - длительность разрешенных сигналов, задержка на совершение маневра.

Для модельного описания состава и структуры ТП, формирующих нагрузку на транспортную сеть, а также допустимых видов транспорта для движения на отрезках транспортной сети и поворотах в модель были введены данные обо всех видах транспортных средств, посредством которых осуществляются перевозки на территории моделируемой области. Различные виды транспорта представляются в модели с помощью систем транспорта, как показано на рисунке 9.

Рисунок 9 - Системы транспорта

Каждая система транспорта относится к одному или нескольким сегментам спроса. Сегменты спроса описывают поездки с использованием одной или нескольких систем транспорта различных групп людей и связаны с матрицами корреспонденций. Участники движения одного сегмента спроса общественного транспорта имеют возможность сменить систему транспорта в рамках одной поездки, например, в результате пересадки. Каждому сегменту спроса соответствует ровно одна матрица корреспонденций. Иллюстрация сегментов спроса показана на рисунке 10.

Рисунок 10 - Сегменты спроса

Для оценки провозной способности маршрутов городского пассажирского транспорта необходима информация об единицах подвижного состава, их общей вместимости и количестве сидячих мест.

Массовые перевозки пассажиров городским транспортом не производится ввиду экономической необоснованности, помимо этого основные объекты социального притяжения находятся в получасовой пешей доступности.

Единственной официальной автобусной остановкой на территории Городской округ город Губкинский на автомобильных дорог общего пользования местного значения является автостанция, следовательно, городской транспорт не учитывается в создании макромодели.

3.2. Построение графа транспортной сети Городской округ город Губкинский

Наименование перекрестка:

Пересечение ул. Строителей и пр. Мира в городе Губкинский

Схема перекрестка:

Таблица N 11 Приведенная интенсивность движения транспорта на перекрестке ТС/час

Направление	Типы транспортных средств							Итого	Приведенная интенсивность	Исход. поток	Вход. поток
	1	2	3	4	5	6	7
1 - 2	121	2					2	125		138	96
1 - 3	10							10
1 - 4	3							3
2 - 1	80	2					4	86		102	173
2 - 3	7							7
2 - 4	9							9
3 - 1	7							7		45	22
3 - 2	31							31
3 - 4	7							7
4 - 1	3							3		25	19
4 - 2	17							17
4 - 3	5							5

Примечание:

1 - легковые автомобили;

2 - легкие грузовые автомобили грузоподъемностью до 2,0 т;

3 - средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2,1 до 5,0 т;

4 - тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5,1 до 8,0 т;

5 - очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8,0 т;

6 - автопоезда (по существующим весовым категориям);

7 - автобусы.

Наименование перекрестка:

Пересечение ул. Калинина и пр. Мира в городе Губкинский

Схема перекрестка:

Таблица N 12 Приведенная интенсивность движения транспорта на перекрестке ТС/час

Направление	Типы транспортных средств							Итого	Приведенная интенсивность	Исход. поток	Вход. поток
	1	2	3	4	5	6	7
1 - 2	3							3		16	12
1 - 3	8							8
1 - 4	5							5
2. - 1	1							1		12	29
2. - 3	4							4
2 - 4	7							7
3 - 1	8							8		111	96
3 - 2	22							22
3 - 4	81							81
4 - 1	3							3		91	93
4 - 2	4							4
4 - 3	82						2	84

Примечание:

1 - легковые автомобили;

2 - легкие грузовые автомобили грузоподъемностью до 2,0 т;

3 - средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2,1 до 5,0 т;

4 - тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5,1 до 8,0 т;

5 - очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8,0 т;

6 - автопоезда (по существующим весовым категориям);

7 - автобусы.

Наименование перекрестка:

Пересечение пр. Губкина и пр. Мира в городе Губкинский

Схема перекрестка:

Таблица N 13 Приведенная интенсивность движения транспорта на перекрестке ТС/час

Направление	Типы транспортных средств							Итого	Приведенная интенсивность	Исход. поток	Вход. поток
	1	2	3	4	5	6	7
1 - 2	9							9		51	77
1 - 3	23						1	24
1 - 4	18							18
2 - 1	16							16		44	35
2 - 3	12							12
2 - 4	16							16
3 - 1	40						1	41		142	101
3 - 2	18							18
3 - 4	81						2	83
4 - 1	20							20		93	117
4 - 2	8							8
4 - 3	65							65

Примечание:

1 - легковые автомобили;

2 - легкие грузовые автомобили грузоподъемностью до 2,0 т;

3 - средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2,1 до 5,0 т;

4 - тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5,1 до 8,0 т;

5 - очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8,0 т;

6 - автопоезда (по существующим весовым категориям);

7 - автобусы.

Наименование перекрестка:

Пересечение пр. Губкина и ул. Нефтяников в городе Губкинский

Схема перекрестка:

Таблица N 14 Приведенная интенсивность движения транспорта на перекрестке ТС/час

Направление	Типы транспортных средств							Итого	Приведенная интенсивность	Исход. поток	Вход. поток
	1	2	3	4	5	6	7
1 - 2	21							21		21	18
1 - 3	0							0
1 - 4	0							0
2 - 1	16						2	18		18	21
2 - 3	0							0
2 - 4	0							0
3 - 1								0		0	0
3 - 2								0
3 - 4								0
4 - 1								0		0	0
4 - 2								0
4 - 3								0

Примечание:

1 - легковые автомобили;

2 - легкие грузовые автомобили грузоподъемностью до 2,0 т;

3 - средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2,1 до 5,0 т;

4 - тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5,1 до 8,0 т;

5 - очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8,0 т;

6 - автопоезда (по существующим весовым категориям);

7 - автобусы.

Наименование перекрестка:

Пересечение пр. Губкина и ул. Магистральная в городе Губкинский

Схема перекрестка:

Таблица N 15 Приведенная интенсивность движения транспорта на перекрестке ТС/час

Направление	Типы транспортных средств							Итого	Приведенная интенсивность	Исход. поток	Вход. поток
	1	2	3	4	5	6	7
1 - 2	5							5		25	40
1 - 3	8							8
1 - 4	12							12
2 - 1	14							14		35	26
2 - 3	9							9
2 - 4	12							12
3 - 1	11							11		95	92
3 - 2	8							8
3 - 4	73				3			76
4 - 1	15							15		103	100
4 - 2	13							13
4 - 3	69				4		2	75

Примечание:

1 - легковые автомобили;

2 - легкие грузовые автомобили грузоподъемностью до 2,0 т;

3 - средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2,1 до 5,0 т;

4 - тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5,1 до 8,0 т;

5 - очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8,0 т;

6 - автопоезда (по существующим весовым категориям);

7 - автобусы.

3.3. Калибровка математической модели на основе данных выполненных обследований параметров транспортных потоков.

Данные обследований интенсивности движения транспорта необходимы для проверки соответствия модельного расчета реальной ситуации на этапе калибровки модели. В модель были введены значения интенсивности движения легкового и грузового транспорта на местах подсчета:

- пересечение ул. Строителей и пр. Мира

- пересечение ул. Калинина и пр. Мира

- пересечение пр. Губкина и пр. Мира

- пересечение пр. Губкина и ул. Нефтяников

- пересечение пр. Губкина и ул. Магистральная

По каждому направлению движения введены следующие данные об интенсивности движения транспорта в утренний час пик:

- интенсивность движения легкового транспорта;

- интенсивность движения общественного транспорта;

- интенсивность движения малого грузового транспорта;

- интенсивность движения среднего грузового транспорта;

- интенсивность движения большого грузового транспорта;

- общая интенсивность транспорта в физических единицах;

- общая интенсивность транспорта в приведенных единицах.

После завершения первого цикла расчета спроса на транспорт и ввода результатов замеров интенсивности потоков проводится проверка модели и определяется, насколько она совпадает с реальной ситуацией. Для проверки адекватности модели заранее определяется ряд статистических показателей и их величин для сравнения расчетных значений интенсивностей из модели и данных натурных обследований.

При отклонении заранее определенных показателей от допустимой нормы проводится ряд изменений в модели с последующим перерасчетом - процесс калибровки.

Основные показатели, которые используются для оценки качества модели:

средняя относительная ошибка - среднее отклонение абсолютных значений (разница между наблюдаемыми на местах подсчета и рассчитанными в модели значениями) в процентах;

коэффициент корреляции - мера связи между фактическими данными об интенсивностях потоков на местах подсчета и рассчитанной на основе модели нагрузкой.

Коэффициент корреляции принимает значения в диапазоне от -1 до 1. Чем ближе значение коэффициента корреляции к 1, тем точнее ряд расчетных значений нагрузки аппроксимирует ряд фактических данных интенсивности потоков, то есть модель точнее показывает поведение транспортного потока.

После завершения первого цикла расчета спроса на транспорт и ввода результатов замеров интенсивности потоков проводится калибровка транспортной модели. В процессе калибровки проводилась серия вычислительных экспериментов с моделью, при этом менялись определенные характеристики или параметры модели с целью достижения максимально возможного уровня соответствия данных их натурных обследований расчетным значениям интенсивности. Общие параметры, используемые при калибровке транспортной модели, представлены в таблице N 13.

Таблица N 16 - Объекты калибровки транспортной модели

Объект калибровки	Изменение
Данные структуры пространственного развития (степени создания и притяжения)	Количество перемещений по слоям и сегментам спроса
Функции оценки - параметры и вид функций, оценивающих вероятность совершения поездки в зависимости от длины и/или времени в пути в моделях распределения транспортного движения и выбора транспорта	Распределение длительности и/или дальности поездок и пропорции между легковым и общественным транспортом
Элементы главных диагоналей матриц затрат	Изменение количеств перемещений внутри района
Скорость и пропускная способность на отрезках	Выбор пути при перераспределении
Функции ограничения пропускной способности: параметры и вид функций, показывающих зависимость задержек в пути от загрузки; дороги (отношение интенсивности движения к пропускной способности)	Выбор пути при перераспределении
Местоположение привязки примыканий к сети	Выбор пути при перераспределении
Доли входящих/выходящих потоков, приходящихся на каждое примыкание, в общем потоке транспортного района источника/района - цели	Изменение пропорций распределения, выходящего и входящего потоков района по примыканиям, изменение путей при перераспределении

3.1. Ввод данных о геометрических параметрах моделируемых участков сети дорог Городской округ город Губкинский

Основные транспортные потоки в города Губкинский проходят по главным магистральным улицам города.

Улично-дорожная сеть (УДС) города Губкинский представлена улицами и дорогами местного значения, а именно улицами в жилой застройке.

Все автомобильные дороги, расположенные на территории города Губкинский являются автодорогами общего пользования, то есть, предназначены для движения транспортных средств неограниченного круга лиц. По условиям проезда и доступа все автомобильные дороги являются обычными.

В рамках КСОДД на долгосрочную перспективу (до 2037 г) не планируется строительство новых обходных дорог и улиц.

ГАРАНТ:

Нумерация подразделов приводится в соответствии с источником

3.4. Проведение расчетов параметров дорожного движения на участках сети дорог Городской округ город Губкинский для базового года (года проведения транспортных обследований)

Все автомобильные дороги, расположенные на территории города Губкинский являются автодорогами общего пользования, то есть, предназначены для движения транспортных средств неограниченного круга лиц. По условиям проезда и доступа все автомобильные дороги являются обычными. Интенсивности движения транспортных средств по дорогам вне зависимости от форм собственности не превышает расчетных для них значений. Так, интенсивность движения на следующих участках УДС:

- пересечение ул. Строителей и пр. Мира

- пересечение ул. Калинина и пр. Мира

- пересечение пр. Губкина и пр. Мира

- пересечение пр. Губкина и ул. Нефтяников

- пересечение пр. Губкина и ул. Магистральная

По всем участкам до 350 ТС/час;

В транспортных потоках легковые автомобили занимают 90%.

Основные потоки грузового транспорта на территории города представлены легкими грузовыми автомобилями грузоподъемностью до 2,0т (4% от общего потока транспортных средств), средними грузовыми автомобилями (3%) и автопоездами (2% от общего потока).

3.5. Разработка системы целевых показателей реализации КСОДД

Целевые показатели:

- Доля протяженности автомобильных дорог общего пользования местного значения, не отвечающих нормативным требованиям, в общей протяженности автомобильных дорог общего пользования местного значения;

- Протяженность автомобильных дорог;

- Обеспеченность постоянной круглогодичной связи с сетью автомобильных дорог общего пользования по дорогам с твердым покрытием;

- Протяженность пешеходных дорожек;

- Количество дорожно - транспортных происшествий из - за сопутствующих дорожных условий;

- Паспортизация и инвентаризация автомобильных дорог местного значения, определение полос отвода, регистрация земельных участков, занятых автодорогами местного значения;

- Обеспеченность транспортного обслуживания населения;

Обеспеченность населения индивидуальными легковыми автомобилями (на 1000 жителей).

3.6. Формирование вариантов проектирования КСОДД

Анализ интенсивности транспортных потоков, выполненный на основании расчетов, не выявил необходимости введения светофорного регулирования на других улицах района в виду отсутствия заторов, вызванных задержками в движении транспорта.

3.7. Оценка эффективности реализации вариантов проектирования КСОДД с использованием средств математического моделирования

Анализ условий дорожного движения включает в себя анализ степени затруднения движения, а также уровня безопасности для участников дорожного движения. При совместном использовании улично-дорожной сети автомобильным транспортом, пешеходами и велосипедистами, а также другими видами транспорта возникают конфликтные ситуации, для решения которых необходимо выделить приоритетную категорию участников дорожного движения.

Свободные условия проезда транспорта, отсутствие заторов, ограничений движения транспорта, относительная компактность застройки создают удовлетворительные условия дорожного движения для индивидуального транспорта.

Факторы, снижающие безопасность дорожного движения, на автомобильных дорогах Городской округ город Губкинский, отсутствуют.

В результате исследований, описанных во "Всемирном докладе о предупреждении дорожно-транспортного травматизма", опубликованного Всемирной организацией здравоохранения в 2004 году была выявлена зависимость вероятности летального исхода ДТП при участии автомобиля и пешехода от скорости движения автомобиля. При столкновении на скорости 40 км/ч погибают до 20% пешеходов, в то время как при столкновении на скорости 60 км/ч этот процент вырастает уже до 85% (рисунок 11).

Рисунок 11 - Скорость движения автомобиля, км/ч

На территории Городской округ город Губкинский, светофорные объекты установлены вблизи образовательных учреждений в г. Губкинский. Анализ интенсивности транспортных потоков, выполненный на основании расчетов, не выявил необходимости введения светофорного регулирования на других улицах района в виду отсутствия заторов, вызванных задержками в движении транспорта.

Изменения технической и функциональной классификации городских дорог требует соответствующих изменений в узлах сходящихся дорог. Реализовать перспективную УДС невозможно без своевременной и соответствующей модернизации узлов.

3.8. Выбор утверждаемого варианта проектирования КСОДД

Задачи по определению узких мест транспортной системы и оценке эффективности мероприятий по ее организации позволяет решать транспортное микромоделирование. В рамках данного подхода создается микромодель исследуемого участка, проводится проверка ее адекватности, определяются критерии оценки различных вариантов организации дорожного движения, проводится оптимизация исходной модели для максимального приближения моделируемой ситуации к реальной. Микромоделирование позволяет воссоздавать реальные ситуации в максимальном приближении к действительности и проводить транспортные исследования оперативно и действенно.

Для оценки эффективности мероприятий по совершенствованию организации дорожного движения используем компьютерную программу моделирования транспортных потоков AIMSUN NG ( 2005 TSS-Transport Simulation Systems), которая позволяет при известных транспортных потоках рассчитать следующие параметры дорожного:

- интенсивность (ед./час);

- средняя скорость потока (км/час);

- среднее время движения по участку (с);

- время задержки, сек;

- среднее количество остановок на транспортное средство;

Кроме этого транспортная ситуация может быть оценена визуально по схеме потоков транспортных средств, отображаемых в процессе моделирования.

Таким образом, решение рассматриваемой задачи будет осуществляться следующим образом:

1. Анализ существующих транспортных потоков на исследуемом участке УДС.

2. Разработка модели транспортных потоков при существующей организации дорожного движения. Данный этап необходим для обеспечения адекватности модели транспортных потоков.

3. Разработка возможных мероприятий по совершенствованию организации дорожного движения.

4. Оценка эффективности предлагаемых мероприятий на компьютерной модели транспортных потоков.

После проведенных расчетов сделан общий вывод что улично-дорожная сеть Городской округ город Губкинский имеет большой запас по пропускной способности.