WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ЯКИМОВ МИХАИЛ РОСТИСЛАВОВИЧ

НАУЧНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ КРУПНОГО ГОРОДА

Специальность 05.22.01 -

«Транспортные и транспортно-технологические системы страны,
ее регионов и городов, организация производства на транспорте»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2011

Работа выполнена на кафедре «Техносферная безопасность» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Научный консультант:                Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор,

Трофименко Ю.В.

Официальные оппоненты:        Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Миротин Л.Б.

доктор технических наук, профессор

Зырянов В.В.

доктор технических наук, доцент

Ларин О.Н.

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие Научный центр по комплексным транспортным проблемам (НЦКТП) Минтранса России.

Защита состоится 12 апреля 2012 года, в 10 часов, на заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, аудитория 42.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Автореферат разослан «21» декабря 2011 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Телефон для справок (499) 155-93-24

Ученый секретарь

диссертационного совета                                        Ефименко Д.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. 73,1% населения России живет в городах. Транспортные системы должны обеспечивать качество жизни и развитие городов, поэтому их детальное теоретическое рассмотрение является важной и актуальной задачей. 

Первоочередной интерес представляют технологии и алгоритмы оценки территории городов, с точки зрения их возможности удовлетворять имеющийся транспортный спрос. Именно территориальные ограничения определяют возможности развития и повышения качества жизни людей. Увеличение транспортного предложения на отдельной территории, особенно в центре крупного города, приводит к отрицательным эффектам – увеличивается затратная часть расходуемых финансовых, людских, материальных ресурсов, растет негативное воздействие на окружающую среду. Потребности в моторизованном движении не могут быть удовлетворены полностью.

Накапливающийся дисбаланс потребностей и возможностей городского сообщества в обустройстве среды обитания определяет основные направления градостроительной политики крупных постиндустриальных городов. Индивидуальный транспорт, призванный быть эффективным средством улучшения качества жизни, наоборот, является одной из основных причин, вызывающих кризис устойчивого функционирования городской среды. Серьезные финансовые вливания в развитие сети улиц и дорог не дают положительного эффекта.

Отсутствие системы координат для оценки качества, а также эффективности функционирования транспортных  систем городов объясняется, в частности, отсутствием достоверных инструментов оценки спроса на услуги транспорта, который позволит выйти на количественные оценки эффективности, например, затрат на функционирование транспортной системы, потребностей общества и степени их удовлетворения при наличии ограничений.

Цель работы состоит в разработке методологии создания эффективной, безопасной, экологически устойчивой транспортной системы крупного города.

Основные задачи исследования:

  1. Выявить особенности транспортной системы крупного города как части коммуникативной (информационной) системы общества и оценить ее влияние на качество жизни населения.
  2. Разработать методику транспортного анализа территории городов и транспортного поведения жителей городов.
  3. Выявить и оценить закономерности транспортного поведения жителей крупных российских городов, а также состояния и условий движения на улично-дорожной сети города.
  4. Разработать научно-методические основы построения прогнозных транспортных  моделей городов.
  5. Разработать критерии оценки и методику анализа эффективности функционирования транспортных систем городов.
  6. Разработать методику постановки и решения оптимизационных задач формирования и развития транспортных систем городов.
  7. Разработать принципы управления транспортной системой крупного города в условиях действующих ограничений.

Объектом исследования является территория крупного города и действующая на ней транспортная система. В качестве такого объекта была выбрана территория и транспортная система города Перми.

Предметом исследования являются теоретические и практические основы создания экономически эффективной, безопасной, экологически устойчивой транспортной системы крупного города.

Теоретико-методологические основы исследования. Теоретико-методологической основой работы явился системный анализ объекта исследования на основе использования формализованного подхода на каждом этапе: от постановки задачи до получения конкретных прикладных результатов и расчетов. В качестве основных методов исследования были использованы: теория и математические методы линейного программирования, инструменты математической статистики и теории вероятности.

Информационная база исследования - законодательные и нормативные правовые акты, информационные материалы федеральных, региональных и муниципальных органов власти, документы территориального планирования муниципального образования - город Пермь, статистические данные территориальных органов федеральной власти Пермского края, натурные и социологические исследования.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается практическим применением теоретических разработок, реализованных в том числе в пакетах прикладных программ (PTV Vision® VISUM, PTV Vision® VISSIM), большим объемом экспериментальных и натурных исследований.

Научная новизна диссертационной работы

  1. В диссертации на основе системного анализа сформулированы особенности транспортной системы крупного города как части коммуникативной (информационной) системы общества и оценено ее влияние на качество жизни населения.
  2. Разработана методика анализа и оценки транспортного потенциала городских территорий для последующего формирования прогнозных и оптимальных моделей функционирования и развития транспортной системы.
  3. Научно обоснованы закономерности транспортного поведения жителей крупных российских городов на основе анализа статистической информации об основных параметрах функционирования транспортных систем городов с высоким уровнем автомобилизации.
  4. Разработаны научно-методические основы построения прогнозных математических моделей транспортного спроса и транспортного предложения в крупных городах. Разработана структурная схема функционирования транспортной модели города.
  5. Предложена многоуровневая система показателей оценки качества функционирования транспортных систем городов, в основе которой лежат оценки параметров распределения транспортного спроса и транспортного движения по территории города в идеальной, свободной и реальной сетях. С использованием полученных параметров корреляционных связей между различными распределениями разработана методика получения и анализа показателей качества транспортного планирования и организации дорожного движения на примере конкретного города.
  6. Разработана методика постановки оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города. С использованием методологических подходов теории линейного программирования построены оптимальные модели прямой и двойственной задачи и выполнен анализ решения оптимальных моделей распределения транспортного спроса на примере города Перми.
  7. Разработаны научные принципы управления транспортной  системой крупного города в условиях действующих ограничений.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации методы и модели ориентированы на практическое применение и могут быть использованы в стратегическом планировании при решении вопросов оперативного управления транспортными системами. Внедрение результатов диссертационного исследования на практике показало достоверность и адекватность предлагаемых решений по повышению эффективности функционирования транспортной системы города Перми.

Реализация результатов исследования. Методики, алгоритмы, технологии и конкретные рекомендации в области развития и управления транспортной системой города использованы при формировании структуры и функциональных блоков администрации г. Перми, а также при разработке мастер-плана и транспортного раздела генерального плана города Перми. Методы и модели транспортного анализа применяются при обосновании всех проектных решений в области транспортного планирования и организации дорожного движения на территории г. Перми. Результаты диссертационного исследования внедрены в работу региональных и муниципальных органов власти Пермского края.

Результаты исследования используются в учебном процессе в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) и Пермском национальном исследовательском политехническом университете.

Диссертационное исследование выполнено в рамках фундаментальной НИР по проекту № 2.1.2/2654 «Разработка научной методологии обеспечения техносферной безопасности автотранспортного комплекса (АТК)» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)».

Квалификация работы. Диссертационное исследование квалифицируется как теоретическое обобщение, направленное на решение крупной научной проблемы - повышение качества жизни в городах путем повышения эффективности функционирования транспортной системы.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Терминологическое описание составляющих современной транспортной системы крупного города.
  2. Методы транспортного анализа территории города.
  3. Методика прогнозирования транспортного поведения жителей крупных городов.
  4. Методология построения прогнозных транспортных математических моделей крупных городов.
  5. Многоуровневая система показателей оценки качества функционирования действующих транспортных систем городов, методика получения и анализа этих показателей.
  6. Блок-схема и методика постановки оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города. Оптимальные модели прямой и двойственной задачи.
  7. Принципы управления транспортной системой крупного города в условиях действующих ограничений.

Апробация работы. Основные теоретико-концептуальные положения и результаты исследования доложены и одобрены на международных, региональных и отраслевых конференциях в Гамбурге (2011 г.), Москве (2009–2011 гг.), Санкт–Петербурге (2005-2011 г.), Екатеринбурге (2007–2011 г.), Тольятти (2010 г.), Перми (2001-2011 гг.), в ходе проведения практических исследований в Перми (2008-2011 гг.), Берлине (2009 г.), Н.Тагиле (2011 г.) и Самаре (2011 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 3 монографиях, 65 статьях, сборниках трудов, тезисов докладов и материалов конференций.

Структура и объем диссертации.  Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 190 наименований, и приложений. Работа изложена на 430 страницах машинописного текста, включает 122 рисунка и 44 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность исследования, отмечена новизна и практическая значимость выполненной работы.

Первая глава посвящена формированию нового подхода к рассмотрению основ функционирования транспортных  систем крупных городов. Дано терминологическое описание транспортной системы города и её составляющих. Сформулировано назначение, цель и ограничения функционирования транспортной системы города. Приводится обзор основных подходов к изучению транспортных систем городов и мер, доказавших свою результативность в других странах, прошедших аналогичный период автомобилизации раньше России.

В России первые исследования в области транспортных систем городов были предприняты градостроителями вслед за массовым появлением автомобилей в городах. Затем к этим исследованиям подключились ученые - транспортники. Следует выделить труды отечественных ученых: Бабкова В.Ф., Буслаева А.П., Ваксмана С.А., Власова В.М., Герами В.Д., Головных И.М., Горева А.Э., Донченко В.В., Зырянова В.В., Клинковштейна Г.И., Кондратьева В.Д., Кравченко П.А., Корчагина В.А., Лобанова Е.М., Луканина В.Н., Лукинского В.С., Миротина Л.Б., Михайлова А.Ю., Полякова А.А., Самойлова Д.С., Сильянова В.В., Спирина И.В., Фишельсона М.С., Чеботаева А.А., Яшиной М.В. и других, а также зарубежных ученых: Гриншильдса Б, Гринберга Х., Фридриха Р., Айсфельдта Н., Шварца Х., Джоунса В., Сибеника Т., Элмквиста С. и других.

Предложен подход к оценке назначения современной транспортной системы крупного города, который основан на увязке качества функционирования действующей транспортной системы города с качеством жизни населения (рис. 1). Система измерения качества жизни недостаточно формализована, и чаще всего качество жизни  рассматривается как система показателей, характеризующих степень реализации жизненных стратегий людей, удовлетворения их жизненных потребностей (физиологических, экзистенциальных, социальных, престижных, духовных) (пирамида Маслоу), которые реализуются с помощью транспортных коммуникаций (информационного обмена).

Технические системы отчасти расширяют возможности информационного обмена, но не способны обеспечивать информационный обмен между людьми такого качества, как это происходит в природной и социальной среде при непосредственном общении людей. Потребность в непосредственном общении стимулирует подвижность людей и развитие транспортных систем.

В принятой системе координат эффективная транспортная система не может быть опасной, и нет необходимости в качестве отдельного критерия оценки функционирования транспортной системы выделять её безопасность (техногенную опасность) (см. рис. 1), т.к. она находится в сфере экзистенциальных потребностей человека.

Рис. 1.  Схема взаимосвязи качества жизни и эффективности транспортной  системы

Кроме установления логической связи между качеством жизни и эффективностью транспортной системы в главе дано обоснование цели и задач диссертационного исследования.

Во второй главе приведены методы, алгоритмы и инструменты транспортного анализа территории городов.

Виды использования городской территории определяют качество жизни и базовые условия функционирования транспортных  систем в городах. Принимается, что транспортный баланс территории - это территориальное равновесие транспортного спроса и транспортного предложения (рис. 2).

Рис. 2. Схема транспортного баланса территории города

Выполнен теоретический анализ существующего транспортного баланса территории с целью определения теоретической возможности эффективного функционирования транспортной системы в условиях неизменности составляющих этого баланса.

С целью формализации параметров транспортного спроса и транспортного предложения территория города должна быть представлена в виде набора подобластей, каждая из которых сохраняет в себе набор параметров, аналогичный всей исследуемой территории. Такая модель названа моделью городской структуры. Ее формирование необходимо для определения исходных параметров генерации транспортных потоков.

Генерация транспортных потоков конкретного района пропорциональна общей численности населения, численности трудящегося населения, численности учащихся, численности зарегистрированного индивидуального транспорта. Учитывается влияние уровня подвижности населения в районе, а также параметров априорных предпочтений жителей при выборе целей своих корреспонденций.

Приводятся технологии и алгоритмы оценки городских территорий с точки зрения возможности удовлетворения транспортного спроса.

Первичным этапом оценки баланса городской территории является создание  инструмента для получения картограмм пространственного распределения элементов, составляющих городскую структуру - жилье, рабочие места, зарегистрированный индивидуальный транспорт и т.п.  (рис. 3).

Рис. 3. Картограмма распределения площади жилой застройки по территории города Перми на регулярной сетке 500х500 метров

Аналогично строятся картограммы пространственного распределения остальной базовой информации, определяющей величину и структуру транспортного спроса на урбанизированной территории. При сопоставлении полученных картограмм можно сделать выводы о расселении людей, теоретической подвижности населения и о прогнозных значениях годовой подвижности всего населения города.

При исследовании пространственного распределения каждого элемента городской структуры можно построить поверхность, которая будет отображать распределение того или иного элемента городской структуры по территории города с учетом его плотности на территории.

Для расчета плотности нормального распределения использовано соотношение:

       (1),

где: x, y – аргументы функции (координаты на плоскости – территории города).

Графическое представление результатов расчетов по формуле (1) со значениями параметров для г. Перми, приведено на рис. 4.

Рис. 4. Результаты расчетов плотности (ед./м2)по формуле (1) для г. Перми. Система координат на плоскости – местная (метры).

Далее приведено распределение исследуемых единиц городской структуры  фигурами на плоскости. Сечение полученной поверхности плоскостью, параллельной координатной, на некотором расстоянии от неё даст эллипс. Для города Перми эллипс 90% вероятности нормального распределения для жилых зданий с учетом жителей примет вид, изображенный на рис. 5,а (красный цвет). Параметры эллипса:  полуоси эллипса - метров, метров, расстояние между фокусами - метров.  Распределение рабочих мест на территории города Перми представлено на рис 5,а в виде эллипса синего цвета. Распределение транспортных средств, принадлежащих гражданам и зарегистрированных на территории города Перми, представлено на рис. 5,а в виде эллипса зеленого цвета. На рис. 5,б приведены аналогичные результаты для г. Екатеринбурга.

При проведении сравнительного анализа этих результатов можно отметить, что территория г. Перми является более протяженной, но с меньшей численностью населения, следовательно, она является более затратной в плане совершения транспортных корреспонденций. Полученную методику расчетов можно применять для анализа транспортного потенциала территорий любых крупных городов и построения моделей транспортного спроса на них.

а)

б)

Рис. 5. Территория города Перми (а) и Екатеринбурга (б) и геометрическое представление области распределения различных элементов городской структуры. Система координат на плоскости – местная (метры).

Для построения прогнозных моделей транспортного спроса в городах важно знать общую подвижность жителей, которая оценивалась на основе анализа статистики более развитых по уровню автомобилизации европейских стран. Методика оценки общей подвижности жителей городов заключается в построении статистических моделей изменения во времени основных параметров функционирования транспортной системы, влияющих на общий показатель подвижности.

Модель изменения параметров транспортного спроса состоит из двух подмоделей (рис. 6).

Рис. 6. Принципиальная схема построения прогнозных моделей объемов транспортного спроса в городах.

В основу моделей легли статистические данные параметров подвижности, а также уровня использования различных видов транспорта для городов Германии, предоставленных компанией Poyry1 (http://www.poyry.com/), и статистическая информация по городам Италии, предоставленная, в свою очередь, компанией Systematica2 (http://www.systematica.net/).

Изменение подвижности оценивается изменением суммарного пробега, который учитывает как изменение уровня автомобилизации, так и степень (частоту) использования автомобиля (см. рис. 7, 8). Рост количества автомобилей в собственности граждан опережает рост суммарного пробега всех зарегистрированных автомобилей. Это связано с двумя факторами:

  1. снижением интенсивности использования личных автомобилей;
  2. уменьшением средней длины поездки, приходящейся на один зарегистрированный автомобиль.

В результате построения последовательности статистических моделей, описывающих характер использования индивидуального и общественного транспорта, были получены прогнозные значения подвижности населения крупных городов на примере города Перми (см. табл. 1).

Рис.7. Принципиальная схема оценки общего вклада в показатели подвижности городского населения различных характеристик транспортного спроса.

Рис. 8.  Аппроксимация  суммарного суточного пробега логарифмической функцией. Экстраполяция среднего годового пробега одного автомобиля.

Таблица 1 - Прогнозные оценки параметров транспортной подвижности населения города Перми

Год

Параметр

Уровень автомобилизации, авт./тыс. жителей

Среднесуточный пробег одного автомобиля, км

Суммарный суточный пробег всех автомобилей, км

Общее количество корреспонденций

Доля корреспонденций на индивидуальном транспорте

Кол-во корреспонден-ций на индивидуаль-ном транспорте

2008

206

44,0

9 077 539

1 995 000

0,55

1 097 250

2016

308

37,0

11 391 781

2 048 865

0,612

1 253 905

2022

391

33,4

13 069 041

2 105 202

0,593

1 248 385

2030

509

30,0

15 270 000

2 283 611

0,607

1 386 152

Как видно из таблицы 1, рост автомобилизации населения существенно опережает как рост суммарного суточного пробега индивидуального транспорта, так и долю корреспонденций, реализуемых с его помощью.

В третьей главе представлена методология оценки качества функционирования транспортных систем городов, основанная на моделировании транспортного спроса и транспортного предложения.

Разработана последовательная технология создания прогнозной транспортной модели, которая использована далее как основа постановки оптимизационной задачи построения эффективной транспортной системы крупного города.

Прогнозирование в транспортной модели осуществляется по четырехшаговому алгоритму:

  1. Генерация спроса (Trip Generation).
  2. Распределение спроса (Trip Distribution).
  3. Выбор режима (Mode Choise).
  4. Перераспределение (Assignment).

Алгоритм построения и работы модели представлен в диссертации в виде развернутой таблицы-схемы, в которой сведены шаги алгоритма, определяющие соотношения и необходимые исходные данные. Подобный формат позволяет оценить в совокупности не только назначение каждого шага алгоритма, но и их взаимосвязь через общий объем исходных данных.

Спрос на транспорт представлен в виде матрицы корреспонденций: для элемента матрицы корреспонденций индивидуального транспорта (ИТ) единицей измерения является «поездка автомобиля», для элемента матрицы корреспонденций общественного транспорта (ОТ) - «поездка людей». Каждый элемент матрицы представляет собой количество необходимых перемещений из транспортного района i в транспортный район j.

- объем движения из района i, - объем движения в район j, рассчитываются следующим образом:

                                               (2),

                                               (3),

где:        - количество референтных лиц для слоя спроса g (население, трудящиеся, рабочие места, рабочие места в сфере услуг, студенты, учебные места) в районе i; , - нормирующие коэффициенты.

Для получения матрицы корреспонденций (МК) по слоям спроса решена задача максимизации функции для каждого слоя спроса

                               (4),

при следующих ограничениях: 

               ,        (5).

.

Решением задачи максимизации является:

               (6),

где: - количество корреспонденций из района i в район j; – функция предпочтения, определяет отношения участника движения к затратам на передвижение.

В транспортных моделях городов часто используется функция предпочтения Box-Сox вида

  (7),

где: U – затраты на совершение корреспонденции, мин; P(U) – вероятность совершения корреспонденции с затратами U; b, c – коэффициенты.

Для города Перми значения этих параметров равны и . Они были соотнесены с результатами опросов населения о дальности и среднем времени совершения транспортных корреспонденций. Каждый из этих коэффициентов может быть представлен как некоторая функция от параметров предложенной выше эллипсовой модели города с двумя параметрами –  суммой длин полуосей эллипса и их отношением.

Зависимость параметров b и с функции Box-Cox с параметрами эллипса имеет вид:

                                                             (8),

                                                                                                                        (9),

где

, - параметры функции Box-Cox; - малая полуось эллипса; - большая полуось эллипса;- коэффициенты пропорциональности.

       С учетом полученных ранее значений параметров эллипса значения коэффициентов и равны: , .

Транспортное предложение для индивидуального транспорта задается в виде направленного графа, состоящего из узлов и перегонов УДС. Для узлов задаются: вид и параметры регулирования, приоритет движения, разрешенные маневры, задержки; для перегонов - длина, v0, t0, пропускная способность, количество полос движения.

При моделировании транспортного предложения в системе городского пассажирского транспорта общего пользования в качестве основных допущений принимаются следующие:

  1. Движение подвижного состава городского пассажирского транспорта общего пользования выполняется строго по расписанию.
  2. Единицы подвижного состава городского пассажирского транспорта общего пользования не взаимодействуют на сети друг с другом.
  3. Каждая единица подвижного состава городского пассажирского транспорта общего пользования имеет бесконечную вместимость.

В общем виде затраты на совершение корреспонденции на ОТ будут иметь вид:

      (10),

  где - затраты времени на совершение корреспонденции из района i в район j на ОТ; k1, k2 – коэффициенты; ВВП – воспринимаемое время в пути, рассчитывается как:

Оценка временных затрат каждого из путей для индивидуального транспорта осуществляется с помощью CR-функции (Capacity Restraint function), которая задается для каждого элемента сети. Она указывает зависимость времени прохождения элемента сети takt от нагрузки q и пропускной способности qmax, т.е. результат СR-функции - время прохождения элемента сети takt.

CR-функция задается для каждого типа узлов, отрезков и примыканий доступа в сеть. При вычислении времени прохождения пути суммируются результаты CR-функции для каждого элемента пути:

      (11).

Для индивидуального транспорта в модели используется CR-функция BPR (от названия Bureau of Public Roads) вида:

                               (12),

где        - время, затраченное на проезд элемента сети в пустой сети; - время, затраченное на проезд элемента сети в нагруженной сети; - нагрузка на перегон, авт/сутки; - пропускная способность, авт/сутки.

На заключительном этапе разработки транспортной модели осуществляется её калибровка путем сравнения рассчитанных значений интенсивности с данными, полученными в результате натурных обследований транспортных потоков.

Структура и последовательность мероприятий по калибровке транспортной модели представлены на рис. 9.

Для оценки адекватности и качества прогнозных транспортных моделей используют общепринятые статистические критерии. Оценка проводится по следующим параметрам:

  1. средняя абсолютная ошибка;
  2. средняя относительная ошибка;
  3. абсолютное значение RMSE (root of mean squared error) -среднеквадратическое отклонение;
  4. относительное значение RMSE(root of mean squared error) -относительное среднеквадратическое отклонение;
  5. коэффициент корреляции.

Рис.9. Схема мероприятий по калибровке транспортной модели

В качестве примера в таблице 2 приведены значения указанных параметров качества транспортной модели для города Перми.

Таблица 2 - Значения параметров качества расчета транспортной модели для г. Перми.

Параметр качества расчета модели

Значение параметра качества расчета

Количество точек наблюдения

385

Средняя абсолютная ошибка

2 896,9

Средняя относительная ошибка

22,7%

Абсолютное значение RMSE

3 605,6

Относительное значение RMSE

0,283

Коэффициент корреляции

0,916

Полученные значения основных параметров качества транспортной модели  говорят о хорошей корреляции и соответствии расчетных данных и данных натурных наблюдений, что свидетельствует о возможности практического применения представленной технологии создания моделей.

В дальнейшем анализ распределения найденного транспортного спроса по исследуемой площади территории предлагается проводить без учета имеющегося транспортного предложения, оценивая абсолютную (максимально возможную) транспортную нагрузку на единицу площади территории.

Для этих целей предлагается ввести показатель – «транспортная зависимость территории», который связывает пространственные характеристики отдельных городских территорий с общим объемом транспортного спроса в городе. Это объем перемещения пассажиров (грузов) по данной территории (чел*км) в течение дня при идеальном удовлетворении существующего транспортного спроса.

Оценка транспортной зависимости территорий для произвольных областей может осуществляться как численно, так и аналитически - методом геометрического погружения. Выделив произвольный фрагмент территории города r (см. рис. 10), можно аналитически получить суммарный средневзвешенный объем долей транспортных корреспонденций, проходящих через выделенную территорию.

Рис. 10. Область исследования в виде выпуклого пятиугольника.

На рис. 10 эта территория представлена в виде выпуклого пятиугольника (области исследования). Кроме того, при анализе важно учесть то, как проходит каждая корреспонденция через исследуемую область: транзит; въезд/выезд; корреспонденции внутри области. Способ прохождения области необходим для расчета длины отрезка, находящегося в области. Проиллюстрируем это схемой на рисунке 11.

                       

Рис. 11. Исследуемая область r. Типы прохождения корреспонденций (маршруты корреспонденций).

Через область проходят маршруты, соединяющие центры транспортных районов: A, B, C, D. Возможны три типа прохождения маршрута через исследуемую область r:

1-ый тип (А – В) транзит – маршрут пересекает границы исследуемой области в двух точках;

2-ой тип (В – С) въезд/выезд – маршрут пересекает границы исследуемой области в одной точке;

3-ий тип (C – D) внутри области – маршрут не пересекает границы исследуемой области, а центры находятся внутри области.

Итоговое значение транспортной зависимости области исследования находится как:

,                         (13),

где:

транспортная зависимость области r [чел*км в сутки];

,                                (14),

где: ; - значение элемента матрицы (объем) корреспонденций между i-ым и j- ым транспортными районами; - доля корреспонденции между i-ым и j-ым транспортными районами, попадающая в исследуемую область r.

В общем случае показатель качества функционирования транспортной системы выражается через величину транспортных  издержек в виде среднего времени реализации транспортных корреспонденций. Однако в ряде случаев требуется более сложная (многоуровневая) система показателей оценки качества функционирования действующих транспортных систем городов.

Первый уровень показателей относится к локальной оценке качества транспортной системы, основанной на субъективном восприятии этого качества жителями отдельных территорий. Дифференцированная оценка качества транспортной системы подразумевает деление территории города на  транспортные зоны.

Для оценки качества функционирования транспортной системы города введено понятие - «транспортная обеспеченность территории». Цель транспортной политики властей – добиваться выравнивания транспортной обеспеченности площадей территорий (зон) города. Возможны два способа определения транспортной обеспеченности территории.

Первый способ представляет собой средневзвешенное (по количеству отдельных корреспонденций и их длине) значение времени реализации внутренних корреспонденций в исследуемой зоне. Значение транспортной обеспеченности площади территории определяется по формуле:

                              (15),

где ТОТ - транспортная обеспеченность территории, сек; - порядковый номер пути типа CD в исследуемой зоне; - количество корреспонденций на k-м пути типа CD за сутки; - время совершения корреспонденций на k-м пути типа CD, сек; - длина k-го пути типа CD, м.

Второй способ расчета представляет собой средневзвешенное (по количеству корреспонденций) отношение длин внутренних корреспонденций ко времени их реализации. Значение транспортной обеспеченности территории определяется по формуле:

                        (16),

где ТОТ - Транспортная обеспеченность территории, м/с.

По аналогии с транспортной обеспеченностью территории введены также понятия транспортной обеспеченности доступа к территории (TOD) и транспортной обеспеченности транзита через территорию (TOTR).

Транспортная обеспеченность доступа к территории (TOD) - среднее время реализации пограничных корреспонденций внутри исследуемой зоны. Для схемы на рис. 11 это корреспонденции типа BC. Возможны также два способа определения транспортной обеспеченности доступа к территории. Первый способ оценивает транспортную обеспеченность доступа к территории (TOD) в секундах. Второй способ представляет собой скорость доступа к территории (TOD) и измеряется м/с.

Транспортная обеспеченность транзита через территорию (ТОTR) - среднее время реализации транзитных корреспонденций, проходящих по территории исследуемой зоны. Для схемы на рис. 11  это корреспонденции типа AB.Здесь также возможны два способа оценки.

Новизна разработанного дифференцированного подхода оценки качества функционирования транспортных  систем городов заключается в том, что производится разделение корреспонденций по типам. Для каждой территории рассчитывается транспортная обеспеченность территории, транспортная обеспеченность доступа к территории и транспортная обеспеченность транзита через территорию. В результате изменений  транспортного предложения или транспортного спроса возможно оценить, как повлияли эти изменения на ту или иную территорию.

Имея дифференцированные показатели качества функционирования транспортной системы, можно сформулировать интегральный показатель качества транспортной системы на отдельной i-ой территории в виде некоторой линейной функции от дифференцированных параметров ТОТ, ТОD и ТОTR:

                               (17).

Для каждого человека важно, какие по типу корреспонденции совершаются на территории независимо от зоны проживания. Поэтому вводятся коэффициенты учета предпочтения людей - , значения которых для разных территорий будут одинаковыми. Тогда:

               (18),

где - интегральный показатель качества транспортной системы на отдельной i-ой территории; ,, - весовые коэффициенты дифференциальных показателей качества транспортной системы ТОTR, ТОD и ТОТ. При принятии значений весовых коэффициентов соответственно для каждой зоны получим значения показателей .

Так как среднее время корреспонденции в зоне зависит от протяженности УДС на территории, необходимо учесть протяженность УДС при расчете параметра интегральной транспортной обеспеченности для всего города. Введем весовые коэффициенты . Тогда среднее интегральное время реализации транспортных корреспонденций с учетом коэффициентов для территорий будет рассчитываться как:

               (19),

где - среднее интегральное время реализации транспортных корреспонденций для города; - среднее интегральное время реализации транспортных корреспонденций для i-ой зоны; - весовые коэффициенты, рассчитываемые следующим образом:

                               (20),

где - площадь УДС внутри зоны i. Итоговые значения коэффициентов и параметра приведены в таблице 3.

Для города Перми значение параметра интегрального времени реализации транспортных корреспонденций (качества транспортной системы) равно .

Сравнивая значения для каждой зоны со значением можно определить «дефицит транспортной обеспеченности» в зоне. В случае, если разности отрицательны, следует говорить о дефиците транспортной обеспеченности для исследуемой зоны, так как затраты на совершение корреспонденций в данной зоне превышают средний уровень затрат по городу.

Таблица 3 - Значения среднего интегрального времени реализации транспортных корреспонденций и значения весовых коэффициентов

Номер зоны

Значение весового коэффициента

, часов

1

0,151399

0,236

2

0,239446

0,743

3

0,063588

0,257

4

0,134986

0,343

5

0,075356

0,485

6

0,113541

0,356

7

0,114673

0,477

9

0,041136

0,271

10

0,064528

0,228

Второй уровень оценок качества функционирования действующих транспортных систем городов относится к глобальному анализу процессов управления развитием транспортных систем на всей исследуемой территории города. Методика оценки эффективности реализации транспортного спроса на урбанизированной территории основывается на сопоставлении моделей функционирования различных типов сетей на ней с неизменным транспортным спросом. Моделирование распределения движения транспорта по территории города проводится последовательно для трех видов состояния транспортной сети:

- идеальная сеть - «воздушные» линии, соединяющие центры транспортных районов;

- свободная сеть  - реальная действующая УДС города, каждый элемент которой обладает бесконечной пропускной и провозной способностью. При таких допущениях определяющей характеристикой транспортного предложения является только геометрия  моделируемой сети;

- нагруженная сеть - реальная действующая УДС города, каждый элемент которой обладает конечной пропускной способностью в соответствии с эксплуатационными показателями.

Проведение последовательного анализа функционирования действующей УДС города позволяет оценить в итоговой целевой функции вклад мероприятий транспортного планирования и мероприятий по организации дорожного движения раздельно. Результат распределения транспортной зависимости для индивидуального транспорта на идеальной сети приведен на рисунке 12, а на свободной сети – на рис. 13.

Рис.12. Распределение транспортной зависимости для ИТ на идеальной сети города Перми (авт.*км/сутки)

Рис. 13. Распределение транспортного движения на индивидуальном транспорте в свободной сети города (авт.*км/сутки).

Оценку качества транспортного планирования на территории предлагается проводить на основе оценки взаимосвязи двух ключевых показателей: транспортной зависимости и транспортного движения. Чем сильнее связь этих двух показателей на исследуемой территории, тем ближе к идеальной по своему функциональному назначению  находится реальная УДС города и тем выше качество транспортного планирования. Итоговая оценка качества транспортного планирования осуществляется с помощью коэффициента корреляции. В городе Перми значение коэффициента корреляции транспортного движения для ИТ составляет , для ОТ - .

Оценка качества организации дорожного движения проводится с помощью коэффициента корреляции данных, полученных для свободной и нагруженной сети. Так - является обобщенной оценкой организации дорожного движения индивидуального транспорта на всей территории города. Для города Перми . Особую ценность представляют значения данного коэффициента при оценке свободной и нагруженной сети в часовых интервалах. По абсолютному значению коэффициента можно судить о качестве организации движения, по относительному изменению коэффициентов для различных часовых интервалов – о качестве регулирования дорожного движения.

Четвертая глава посвящена формализации оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города. Построена оптимальная модель задачи, получено её решение на примере города Перми, проведен анализ результатов моделирования.

Цель функционирования транспортной системы города, как любой природно-технической системы, заключается в повышении качества жизни на той территории, где она функционирует. На рисунке 14 представлена схема логико-графической модели постановки оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города.

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).

Математическая модель оптимизационной задачи представляет собой линейную модель задачи математического программирования и состоит из трех обязательных элементов: целевой функции; системы линейных неравенств (ограничений); условий неотрицательности переменных.

Рис. 14. Схема логико-графической модели постановки оптимизационной задачи

Требуется распределить общее количество людей из матрицы корреспонденций по различным способам передвижения (пешком, на индивидуальном транспорте (ИТ), общественном транспорте (ОТ)) на УДС, разбитой на зоны для каждого из трех типов прохождения маршрута (внутри зоны, входа-выхода и транзита) с целью получения минимума затрат суммарного времени всеми участниками движения.

Для постановки модели оптимизационной задачи введем следующие переменные:

– количество людей, передвигающихся в области «r» по типу «s» пешком; – количество людей, передвигающихся на ОТ в области «r» по типу «s»; – количество людей, передвигающихся на ИТ в области «r» по типу «s»;

– количество типов прохождения маршрутов в области исследования ().

Таким образом, для конкретной области исследования «r» будет 9 переменных:

- количество людей, передвигающихся по типу 1, (транзит) пешком; - количество людей, передвигающихся по типу 2, (въезд/выезд) пешком; - количество людей, передвигающихся по типу 3, (внутри области) пешком.

Тогда целевая функция будет иметь вид:

       (21),

где E – количество транспортных  зон; - средняя скорость перемещения одного человека пешком (км/час); - средняя скорость перемещения одного человека на ОТ (км/час); - средняя скорость перемещения одного человека на ИТ (км/час); - средневзвешенная по количеству людей длина доли корреспонденций, проходящих через зону r по типу s, км:

                               (22),

где - длина доли корреспонденций из района i в район j, проходящих через зону r по типу s, км; - количество корреспонденций из района i в район j, проходящих через зону r по типу s в сутки, чел.

Структурная схема ограничений математической модели оптимизационной задачи приведена на рисунке 15.

По аналогии с постановкой задачи представим схему логико-графической модели способов формирования ограничений математической модели оптимизационной задачи (рис. 16).

По смыслу все вводимые ограничения можно разбить по виду правой части на фактические и планируемые.

Рис. 15. Структурная схема ограничений математической модели оптимизационной задачи.

Рис. 16. Схема логико-графической модели способов постановки ограничений математической модели оптимизационной задачи.

На основании проведения транспортного анализа городской территории разделим территорию города на 10 транспортных зон – r=1,2…10. Все зоны сгруппируем в  четыре типа (рис. 17):

  1. Городской центр (зона 1, выделена красным). Для зон данного типа характерна максимальная деловая активность.
  2. Центральные районы, прилегающие к городскому центру (зоны 2-5). Для зон данного типа характерна преобладающая высотная застройка и  многофункциональное использование территории.
  3. Удаленные районы (зоны 6-8). Зоны данного типа имеют собственные центры деловой и социальной активности.
  4. Обширные участки с низкой плотностью населения (малоэтажные строения) (зоны 9, 10).

Рис. 17. Границы исследуемых зон в городе Перми.

Для этих зон будем назначать необходимые ограничения и искать оптимальные объемы перемещений различными видами транспорта и различными способами.

Каждый тип указанных выше ограничений на развитие транспортной системы приведен в диссертации в виде отдельной блок-схемы постановки правой и левой части ограничения. В общем виде система ограничений представляет собой набор неравенств следующих видов:

I) По спросу на перемещение в исследуемых областях.

Ограничения по спросу на перемещение в исследуемых областях будут иметь следующий вид:

               (23),

где - средняя длина всех корреспонденций, проходящих через область исследования «r» по типу «s»  (км);

- транспортная зависимость области «r» по типу «s» (челкм).

II) Ограничения по выбросам загрязняющих веществ.

Экологические ограничения на передвижения по исследуемым областям будут иметь следующий вид:

                       (24),

где:  - предельный суточный объем возможной утилизации энергии выбросов загрязняющих веществ на одного жителя города в сутки, Дж/чел;

- количество энергии, требуемое на перемещение одного человека на 1 км пешком (); - количество энергии, требуемое на перемещение одного человека на 1 км на ОТ (); - количество энергии, требуемое на перемещение одного человека на 1 км на ИТ (); - количество жителей зоны r, чел.

III) Ограничение по протяженности существующей УДС.

Ограничения по протяженности существующей улично-дорожной сети для области исследования имеют вид:

,                                (25),

где: - суммарная длина проезжих частей дорог в области r; - плотность транспортного потока ОТ при скорости (авт/км); - плотность транспортного потока ИТ при скорости (авт/км); - среднее количество человек, перевозимых на одном транспортном средстве ОТ, иначе, средняя вместимость транспортного средства; - среднее количество человек, перевозимых на одном транспортном средстве ИТ.

IV) Ограничение по риску возникновения ДТП.

              (26),

          (27),

где: - частотность возникновения ДТП в расчете на одного жителя города, ДТП/чел/год; - ущерб от ДТП в расчете на одного жителя города, руб/чел/год; – скорость движения транспортного средства типа k, км/ч; - средняя вместимость транспортного средства типа k, чел/ТС; - количество жителей в зоне r, чел; - количество пользователей ОТ в зоне r, чел;- количество пользователей ИТ в зоне r, чел; - нормирующий коэффициент, характеризующий частотность возникновения ДТП в расчете на одно транспортное средство, км/час/ТС/год; - нормирующий коэффициент, характеризующий ущерб от ДТП для корреспонденций, совершаемых на транспортном средстве типа k в расчете на одно транспортное средство, руб*км/час/ТС/год; s – тип прохождения через зону: транзит, въезд, внутреннее движение, .

V) Ограничение по имеющемуся подвижному составу.

Ограничения по имеющемуся подвижному составу будут иметь вид:

                                       (28),

                        (29), 

где: ОТ – количество единиц подвижного состава общественного транспорта, который используется в единой маршрутной сети городского пассажирского транспорта общего пользования, авт; ИТ – количество зарегистрированного в городе индивидуального транспорта, авт; - средний  пассажирооборот единицы транспортного средства общественного транспорта за один оборотный рейс, чел/рейс; - среднее количество оборотных рейсов на единицу подвижного состава общественного транспорта, рейс/авт; - коэффициент выхода подвижного состава на линию; - средняя вместимость транспортного средства ИТ, чел/авт; - среднее количество поездок на ИТ одного человека в сутки, рейс.

VI) Ограничение по шумовому загрязнению.

Ограничение по шумовому загрязнению будет иметь вид:

                               (30),

где:- среднее значение шумовой энергии, приходящейся на одного жителя города в сутки, Вт/чел; dh  - коэффициент приведения от часа пик к суткам; - площадь территории, прилегающей к УДС в зоне и попадающей под шумовое загрязнение от транспортных потоков, м2; - количество жителей зоны r, чел; - средняя вместимость транспортного средства ОТ, чел/авт; - средняя вместимость транспортного средства ИТ, чел/авт.

Целевая функция будет иметь вид:

.

       Описанные выше ограничения и целевая функция позволяют построить оптимальную модель формирования эффективной транспортной системы города. Постановка задачи для г. Перми с учетом рассчитанных значений параметров и коэффициентов имеет вид следующей математической модели:

               (31.1);

, ;               (31.2);

,                 (31.3);

, ,                 (31.4);

,  (31.5);

, (31.6);

       ,        (31.7);

                               (31.8);

                               (31.9);

, , , .               (31.10).

Количество переменных модели для города Перми - 90. Количество ограничений для города Перми - 82.

Решение оптимальной модели для города Перми осуществлено с использованием реализованного в программном модуле алгоритма симплексного метода. Общий объем времени, потребный для оптимального удовлетворения имеющихся в городе транспортных  потребностей, для всех людей (значение целевой функции) составляет – 995 406 час в суточном цикле транспортных  потребностей, что на 35% меньше показателя существующего объема времени - 1 546 779 часов. Это достигается путем изменения существующего в городе распределения транспортного спроса по различным способам перемещений, при сохранении существующего объема транспортного предложения и  уровня вреда от ДТП, загрязнения атмосферы и повышенного транспортного шума в пересчете на одного жителя города. На картограмме города (рис. 18,19) приведены значения найденных параметров распределения транспортного спроса по зонам.

Рис. 18. Распределение транспортного спроса для индивидуального транспорта. На картограмме показаны объёмы различных типов перемещений людей по территории города (чел./сутки)

Рис. 19. Распределение транспортного спроса для общественного транспорта. На картограмме показаны объёмы различных типов перемещений людей по территории города (чел./сутки).

В качестве примера оценим, как отреагирует транспортная система города Перми на уменьшение площади (протяженности) проезжих частей УДС в центре города (зона 1). Для этого в ограничении по протяженности существующей УДС (формула 25) для этой зоны уменьшим в 10 раз значение правой части и снова проведем расчет оптимизационной задачи. Результаты приведены на рис. 20.

Рис. 20. Изменение количества передвижений людей (чел./сутки) в центре города (зона 1) различными способами, при изменении протяженности УДС.

Как можно видеть из рисунка 20, сокращение для центра города (зона 1) объемов транспортного предложения (плотности УДС) привело к перераспределению способов передвижения людей в данной зоне. В новых условиях полностью отсутствуют транзитные перемещения на индивидуальном транспорте через исследуемую зону, появились внутренние пешие перемещения. Общий баланс объемов перемещений сместился в сторону их реализации по средствам общественного транспорта. В этих условиях, как следствие, возросло общее суммарное время реализации всех корреспонденций до 1 040 201 часа. Аналогичным образом модель реагирует на изменения всех введенных в модель в качестве ограничений запасов ресурсов.

Для более глубокого анализа полученного решения оптимальной модели необходимо построить и решить двойственную задачу. Переменные двойственной задачи обозначим как: Yk , где k – номер ограничения в постановке прямой задачи. Для города Перми математическая модель двойственной задачи примет вид:

(32.1)

,         , ;        (32.2)

, , (32.3)

       ,,   (32.4)

Решение двойственной задачи определяет ценность каждого из потребляемых транспортной системой ресурсов с точки зрения её целевой функции. Зная эти оценки, а также объемы имеющихся в распоряжении финансовых ресурсов, можно сформировать экономически обоснованную программу мероприятий по повышению эффективности функционирования городской транспортной системы. Таким образом, можно говорить о том, что впервые создан инструмент, позволяющий оценить имеющиеся в распоряжении городской администрации различные ресурсы, с точки зрения их запасов и влияния на эффективность транспортной системы города, а следовательно, и качество жизни.

Предложенные прямая и двойственная модели решения оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города представляют новый класс транспортных моделей. По отношению к прогнозным и имитационным транспортным моделям такие модели являются моделями более высокого уровня – предпрогнозными моделями (рис 21). Оптимальные модели имеют обратные связи с отдельными компонентами прогнозных транспортных  моделей. В свою очередь результаты решения таких моделей определяют оптимальные сценарии развития всей транспортной системы города. Имея в распоряжении трёхуровневую систему транспортных моделей (предпрогнозная, прогнозная, имитационная) можно сформировать единую систему выработки и принятия решений, направленных на эффективное, с точки зрения качества жизни, функционирование и развитие транспортной  системы крупного города.

Рис.21. Схема взаимодействия транспортных  моделей различных уровней.

В пятой главе разработана и представлена концепция управления транспортной системой крупного города.

Анализ существующих систем управления транспортной системой муниципальной властью крупных городов с использованием разработанных в данном диссертационном исследовании научно-теоретических положений позволяет сделать вывод об их низкой эффективности.

Основная идея предлагаемого подхода заключается в том, что новая управленческая концепция должна привести к тому, что каждый житель города в каждый момент времени  жизни  находится в зоне ответственности соответствующего структурного подразделения органа управления (страны, региона, органа местного самоуправления).

Предлагается использование управленческой модели, основанной на «фазовом принципе», предусматривающем разграничение зон ответственности в принятии решений между функциональными блоками структурного подразделения органа управления, в зависимости от основных «фаз» жизненной активности населения города, повторяющих фазы жизни отдельного человека. В такой системе предметом управления является «жизненная фаза», а способом управления - «жизненный цикл» функционирования объектов дорожно-транспортного комплекса.

Предлагаемый подход существенно меняет сложившуюся структуру зон ответственности функциональных подразделений и блоков администрации муниципального образования, непосредственно затрагивающих функционирование городской транспортной системы, позволяет повысить ее эффективность.

Вторым важным моментом предлагаемой концепции управления является подход к распределению полномочий внутри каждого функционального блока управления. Предлагается распространить принятый на федеральном уровне принцип разделения функциональных и операционных подразделений органов управления.

Совершенствование организационной структуры системы управления транспортной системой крупного города видится в более тщательной формализации понятия – «услуга», т.к. транспортное обслуживание населения городским пассажирским транспортом общего пользования предполагает оказание двух видов услуг:

  1. Услуга по перевозке пассажира городским пассажирским транспортом общего пользования;
  2. Услуга по предоставлению гарантии того, что первая услуга будет предоставлена.

В главе приведено уточнение понятия поставщиков, потребителей, а также обозначены иные особенности рассматриваемой услуги. В соответствии с двойственной природой услуги по организации транспортного обслуживания населения требования к качеству предоставляемых услуг имеют аналогичную структуру. В развитие существующего правового поля предложен перечень нормативных документов, которые требуется принять для повышения эффективности функционирования системы городского пассажирского транспорта общего пользования.

основные выводы и результаты работы

Основным результатом работы явилось решение крупной народнохозяйственной задачи – разработка теоретических основ создания эффективной транспортной системы крупного города.

В ходе исследований получены следующие результаты, совокупность которых свидетельствует о достижении поставленных целей и решении сформулированных задач исследования.

1. Сформулирована функция транспортной системы крупного города как части информационной системы. Целевым критерием при рассмотрении функционирования транспорта города предложено рассматривать качество жизни на территории. Качество жизни населения города определяется через качество среды обитания и качество (полноту) удовлетворения их жизненных потребностей, в первую очередь, социальных, престижных и духовных. Определена роль транспортной системы в решении задачи повышения качества жизни в городе.

2. Разработана оригинальная методика пространственного анализа территории города с точки зрения оценки её транспортного потенциала. Предложенные в ходе анализа универсальные подходы к оценке характера распределения элементов городской структуры, влияющих на транспортный спрос, позволили расчетным образом формировать требуемые для создания прогнозных транспортных моделей массивы информации, касающиеся распределения транспортной подвижности населения по территории города. Проведенный пространственный анализ территориально распределенной информации о городской структуре выявил потенциальные проблемы действующей транспортной системы, касающиеся особенности распределения объектов городской структуры, формирующих транспортный спрос.

3. Исследованы закономерности функционирования транспортной системы крупного города и транспортного поведения его жителей. Параметры транспортной подвижности населения предложено формализовать по аналогии с крупными городами европейских стран, прошедшими уровень взрывной автомобилизации значительно раньше крупных городов России. На основе анализа статистической информации об основных параметрах функционирования транспортных систем городов с высоким уровнем автомобилизации получены закономерности транспортного поведения жителей крупных российских городов на перспективу генерального планирования.

4. Разработаны научно-методические основы построения прогнозных математических моделей транспортного спроса и транспортного предложения в крупных городах. Исследование особенностей разработки и последующей актуализации транспортных моделей позволило сформировать стройную и последовательную стратегию их создания, которая обладает самостоятельной научной ценностью. Предложенная технология построения четырехшаговых прогнозных транспортных моделей позволила создать информационную основу для создания математической модели оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города. Предложенная структурная схема решения задачи позволила связать отдельные шаги алгоритма расчета модели, массивы необходимых исходных данных и набор определяющих соотношений.

5. Разработана многоуровневая система показателей оценки качества функционирования действующих транспортных систем городов. Для оценки качества функционирования транспортной системы города предложен новый подход, связанный с введением и оценкой нового параметра - «транспортная обеспеченность территории», который позволил выявить на всей исследуемой территории зоны равной транспортной обеспеченности, а в качестве цели городской транспортной политики задать – выравнивание транспортной обеспеченности отдельных городских территорий. При расширении набора показателей оценки качества функционирования транспортной системы города предложено ввести дополнительные характеристики, определяющие специфику функционирования транспортных систем отдельных территорий, а также обобщенные интегральные показатели функционирования всей транспортной системы.

6. Разработана методика постановки оптимизационной задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города, которая позволила решить главную задачу диссертационного исследования. Для решения оптимизационной задачи построена оптимальная модель математического программирования – модель линейного программирования. Впервые предложено использовать теорию математического программирования (инструменты постановки и решения оптимизационных задач линейного программирования) для решения задачи формирования эффективной транспортной системы крупного города. Построены оптимальные модели прямой и двойственной задачи, представлено решение и последующий анализ результатов решения оптимальных моделей распределения транспортного спроса на примере города Перми. Приведено решение соответствующей двойственной задачи линейного программирования, благодаря которому впервые создан инструмент, позволяющий оценить имеющиеся в распоряжении городской администрации различные ресурсы, с точки зрения их запасов и вклада (влияния) на эффективность транспортной системы города, а следовательно, и качество жизни.

7. Разработаны принципы управления транспортной системой крупного города в условиях действующих ограничений на основе замещения существующей модели управления городским хозяйством, созданной «по технологическому принципу», управленческой моделью, основанной на «фазовом принципе». В такой системе управления предметом управления является «жизненная фаза», а способом управления – «жизненный цикл» функционирования любого отдельного объекта, составляющего транспортную систему города. В сфере управления городским хозяйством по примеру федеральных министерств и агентств предложено распространить принцип разделения функциональных и операционных подразделений органов муниципального управления. Формирование управленческой структуры администрации города и закрепление ответственности за выработку и принятие управленческих решений в едином органе управления позволило сформулировать шесть базовых приоритетов в управлении транспортной системой крупного города и дать определение двойственности услуги по транспортному обслуживанию населения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

  1. Научные статьи, опубликованные в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Якимов, М.Р. Способы оценки влияния автомобильного транспорта на загрязнение атмосферы крупных городов /В.Н. Коротаев, В.Ю. Петров, М.Р. Якимов // Транспорт Урала. – Екатеринбург. – 2001. -№1. С.22-27. 

2.Якимов, М.Р. Система прогнозирования состояния загрязнения атмосферы г. Перми выбросами автомобильного транспорта / М.Р. Якимов // Известия ТулГУ – 2003. - Выпуск 7. – С. 46-52.

3.Якимов, М.Р. Математическое моделирование распределения транспортного спроса в транспортной системе города / М.Р. Якимов // Журнал Транспорт: наука, техника, управление. – 2010. – №10. – с. 7-13.

4. Якимов, М.Р. Методика оценки эффективности реализации транспортного спроса на урбанизированной территории /Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // Транспорт Урала. – Екатеринбург. – 2010. - № 3. –С. 34-39.

5. Якимов, М.Р. Оптимальные модели формирования и развития транспортной системы города / Н.М. Левда, М.Р. Якимов // Вестник ИНЖЕКОНА. Серия: Экономика.  – Санкт-Петербург. – 2010. -Выпуск 3(38). –С. 231-238

6. Якимов, М.Р. Анализ влияния различных сценариев развития транспортной системы крупного города на возможные варианты нарушения целостности городской структуры / М.Р. Якимов // Вестник транспорта Поволжья. – 2011. - № 1 (25). - С. 18-24.

7. Якимов, М.Р. Исследование параметров транспортной подвижности населения городов Германии, Италии и России / М.Р. Якимов // Вестник транспорта Поволжья. – 2011. - № 4 (28). - С. 21-28.

8.Якимов, М.Р. Методика анализа инфраструктурных ограничений системы городского пассажирского транспорта общего пользования / М.Р. Якимов // Автотранспортное предприятие. – 2011. -№9. –С. 46-48.

9.Якимов, М.Р. Методология обоснования целесообразности выделения обособленных полос движения общественного транспорта на улично-дорожной сети крупного города / М.Р. Якимов // Вестник МАДИ. – 2011. – №2 (25). – С. 90-95.

10.Якимов, М.Р. Методы формализации пространственного распределения структурных элементов городской среды при моделировании транспортного спроса/ М.Р. Якимов // Транспорт Урала. – 2011. - №2 (29). – С. 20-24.

11. Якимов, М.Р. Общий алгоритм работы четырехшаговой транспортной модели / М.Р. Якимов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. - № 1 (48). - С. 113-119.

12. Якимов, М.Р. Постановка, результаты и анализ решения математической модели формирования эффективной транспортной системы крупного города (на примере Перми) / Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // Вестник МАДИ. – 2011. - №3(26). – С. 60-65.

13. Якимов, М.Р. Расчетный метод формализации исходных данных для построения модели транспортного спроса на передвижения с учебными целями / М.Р. Якимов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. - № 9 (56). - С. 129-134.

II. Монографии:

  1. Якимов, М.Р. Анализ режимов работы улично-дорожной сети крупных городов на примере города Перми / В.Ю. Петров, М.Ю.Петухов, М.Р. Якимов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. - 2004. – 275 с.
  2. Якимов, М.Р. Транспортные системы крупных городов /М.Р. Якимов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 184 с.
  3. Якимов, М.Р. Концепция транспортного планирования и организации движения в крупных городах / М.Р. Якимов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. - 2011. – 175 с. 

III. Научные статьи, опубликованные в прочих изданиях:

  1. Якимов, М.Р. Использование прикладных программных пакетов при решении инженерных задач в автомобилестроении / М.Р. Якимов, Л.Б. Черепанов  // Научно-техническая конференция Автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. – Пермь, 2000. – С. 67-68.
  2. Якимов, М.Р. Результаты расчетного мониторинга состояния загрязнения атмосферы города Перми выбросами автомобильного транспорта  / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов // Материалы ХХХ Всероссийской научно-технической конференции Автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. – Пермь: ПГТУ, 2003. – С. 4-7.
  3. Якимов, М.Р. Экологические проблемы автотранспорта в Пермской области / Я.И. Вайсман, В.Ю. Петров, М.Ю.Петухов, М.Р. Якимов // Пути снижения влияния автотранспорта на состояние атмосферы и здоровье населения в малых городах: Материалы международной конференции. – Оксфорд-Пермь. – 2003. –С.90-98.
  4. Якимов, М.Р. Роль автотранспорта в шумовом загрязнении территории крупных городов / О.А. Кузнецов, М.Ю. Петухов, М.Р. Якимов // Пути снижения влияния автотранспорта на состояние атмосферы и здоровье населения в малых городах: Материалы международной конференции. – Оксфорд-Пермь. – 2003. –С.98-106.
  5. Якимов, М.Р. Анализ сезонной динамики загрязнения атмосферы автомобильным транспортом / М.Р. Якимов // Пути снижения влияния автотранспорта на состояние атмосферы и здоровье населения в малых городах: Материалы международной конференции. – Оксфорд-Пермь. – 2003. –С. 84-90.
  6. Якимов, М.Р. Анализ интенсивности загрязнения окружающей среды автотранспортом при различных вариантах организации дорожного движения / М.Р. Якимов // Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Пермь: ПГУ. – 2003. – С. 246-249.
  7. Якимов, М.Р. Шумовое загрязнение территории крупных городов автомобильным транспортом / М.Р. Якимов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Красноярск: КГТУ. - 2003. – С. 281-282.
  8. Петухов М.Ю., Якимов М.Р. Основа системы расчетного мониторинга загрязнения атмосферы крупных городов выбросами автомобильного транспорта / М.Ю. Петухов, М.Р. Якимов // Материалы Всероссийского постоянно действующего научно-технического семинара . – Пенза: ПДЗ. - 2003. – С.33-35.
  9. Якимов, М.Р. Мониторинг загрязнения городского воздуха выбросами автотранспорта / М.Р. Якимов // Теоретические основы и практические решения проблем санитарной охраны атмосферного воздуха: Материалы научной конференции ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН. – Москва. - 2003. – С. 264-266.
  10. Петров В.Ю., Якимов, М.Р. Геоинформационная система по эксплуатации и развитию транспортного комплекса региона / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов // Научные разработки и изобретения Пермского государственного технического университета: Реферативный сборник. –Пермь: ПГТУ. - 2003. – С. 40.
  11. Петров В.Ю., Якимов, М.Р. Система расчета и прогнозирования  влияния автомобильного транспорта на загрязнение атмосферы крупных городов / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов // Научные разработки и изобретения Пермского государственного технического университета: Реферативный сборник. –Пермь: ПГТУ. - 2003. – С. 41.
  12. Якимов, М.Р. Состояние улично-дорожной сети, пути снижения экологической нагрузки от автотранспорта / М.Р. Якимов // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Материалы научной конференции. – Пермь: ПГТУ. - 2003. – С. 67-69.
  13. Якимов, М.Р. Совершенствование методики расчетного мониторинга загрязнения атмосферы города выбросами автотранспорта / М.Р. Якимов // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Материалы научной конференции. –Пермь: ПГТУ. - 2003.- С. 69-71.
  14. Петров В.Ю., Якимов, М.Р. Анализ режимов работы улично-дорожной сети города Перми / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов// Материалы научно-технической конференции. Пермь: ПГТУ. - 2002. -  С. 3-6.
  15. Якимов, М.Р. Методика исследования недельных колебаний интенсивности транспортных потоков на магистралях крупных городов / Л.Г. Аминова, В.Ю. Петров, М.Ю. Петухов, М.Р. Якимов  // Экологический менеджмент. Пути снижения экологической нагрузки и оптимального использования природных ресурсов: Материалы международной конференции. - Амстердам: Свободный университет. - 2003.- С. 238-245.
  16. Якимов, М.Р. Экологические проблемы автомобилизации крупных российских городов / М.Ю. Есипова, В.Ю. Петров, М.Ю. Петухов, М.Р. Якимов //Вопросы охраны окружающей среды: Сборник научных трудов., Вена: Венский технический университет. -2004. – С. 22-30.
  17. Якимов, М.Р. Расчетные методы ведения мониторинга загрязнения атмосферы городов выбросами автомобильного транспорта / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов //Вопросы охраны окружающей среды: Сборник научных трудов., Вена: Венский технический университет. -2004. – С.30-37.
  18. Якимов, М.Р. Исследования колебаний интенсивности транспортных потоков на магистралях крупных городов / М.Р. Якимов // Материалы ХХХI Всероссийской научно-технической конференции Автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. -  Пермь: ПГТУ. - 2004 г. – С. 4-7.
  19. Якимов, М.Р. Мониторинг влияния автомобильного транспорта на загрязнение атмосферы крупных городов  / М.Р. Якимов // Материалы ХХХI Всероссийской научно-технической конференции Автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. -  Пермь: ПГТУ. - 2004 г. – С. 8-10.
  20. Якимов, М.Р. Некоторые аспекты проблемы загрязнения атмосферного воздуха г. Перми отработавшими газами автомобильного транспорта / М.Р. Якимов // Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы Всероссийской конференции. -  Екатеринбург . - 2004. – С. 231-233.
  21. Якимов, М.Р. Автотранспорт российских городов, экологические проблемы развития / Я.И. Вайсман, В.Ю. Петров, М.Ю. Петухов ,М.Р. Якимов  // Современная миссия технических университетов в развитии инновационных территорий: Материалы Международного семинара. – Варна. - 2004. – С. 136-141.
  22. Якимов, М.Р. Теоретические основы системы расчетного мониторинга загрязнения атмосферы городов выбросами автомобильного транспорта  / М.Р. Якимов // Современная миссия технических университетов в развитии инновационных территорий: Материалы Международного семинара. – Варна. - 2004. – С.145-149.
  23. Якимов, М.Р. Прогнозирование и моделирование транспортных потоков в условиях недостатка информации /С.А.  Гаврилов,  В.Ю.Петров, М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и автомобильного транспорта в Уральском регионе. Декабрь 2005 г. – Пермь: ПГТУ. - 2005 г. – С. 309-315
  24. Якимов, М.Р. Анализ суточной интенсивности транспортного потока на дорожной сети Пермской области /Л.В. Потапова, М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и автомобильного транспорта в Уральском регионе. Декабрь 2005 г. – Пермь: ПГТУ. - 2005 г. – С. 358-366
  25. Якимов, М.Р. Использование систем глобального позиционирования (GPS) в информационном обеспечении функционирования дорожно-транспортного комплекса региона / Н.А. Дударев,  М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и автомобильного транспорта в Уральском регионе. Декабрь 2005 г. – Пермь: ПГТУ. - 2005 г. – С. 174-182
  26. Якимов, М.Р. Исследование шумового загрязнения автотранспортом территории города Перми / Е.С. Попова, М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и автомобильного транспорта в Уральском регионе. Декабрь 2005 г. – Пермь: ПГТУ. - 2005 г. – С. 426-428
  27. Якимов, М.Р. Моделирование влияния автомобильного транспорта на загрязнение атмосферы города / М.Р. Якимов // ВЭСТЭК, материалы молодежной сессии 4-го международного конгресса по управлению отходами. – Москва-Пермь. – 2005. –С. 85-91.
  28. Якимов, М.Р. Проблемы экологии и безопасности движения транспорта в условиях крупного города (на примере г. Перми) /М.Ю. Петухов, А.В. Попов, М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и автомобильного транспорта в Уральском регионе. Декабрь 2005 г. – Пермь: ПГТУ. - 2005 г. – С. 348-354
  29. Якимов, М.Р. Основы моделирования дорожного движения. Создание геометрической модели / М.Н. Ширинкин, М.Р. Якимов // Материалы Всероссийского семинара заведующих кафедрами экологии и охраны окружающей среды. – Пермь: ПГТУ. -2006. - С.80-85.
  30. Якимов, М.Р. Градостроительные способы и средства защиты от шума на стадиях разработки проектов застройки жилых районов и микрорайонов / Е.С. Попова, М.Р. Якимов // Материалы XIV Международной научно-практической конференции «ЭКОЛОГИЯ И НТП». – Пермь. - 2006. – С. 426-428
  31. Якимов, М.Р. Транспортные модели городов / В.Ю. Петров, М.Р. Якимов // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: материалы междунар. науч. техн. конф.. -  Пермь. - 2008г. - в 2 т. – С.234-246.
  32. Якимов, М.Р. Предварительная оценка прогнозных интенсивностей движения по каждому створу моста в рамках проекта: «строительство мостового перехода через реку Кама в г. Перми» // В.Ю. Петров, М.Н. Ширинкин, М.Р. Якимов // Материалы международной научно-технической конференции к 30-летию автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. Пермь: издательство ПГТУ. – 2009. –С 69-74.
  33. Якимов, М.Р. Концепция равновесной транспортной системы / М.Р. Якимов // Сборник научных трудов. Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса. Охрана окружающей среды, ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет. – Пермь: издательство ПГТУ. - 2009. – С. 96-104.
  34. Якимов, М.Р. Технологии автоматизированного создания микромоделей движения транспорта с использованием новых возможностей экспорта в программных комплексах PTV Vision Visum 11 и Vissim / Ю.А. Попов, М.Н. Ширинкин, М.Р. Якимов // Материалы ежегодной международной конференции, посвященной современным технологиям стратегического и оперативного транспортного планирования. -  Санкт-Петербург. - 2009 . –С 47-55.
  35. Якимов, М.Р. Технологии прогнозирования функционирования транспортной системы региона в пространстве и времени / М.Р. Якимов // Материалы ежегодной международной конференции, посвященной современным технологиям стратегического и оперативного транспортного планирования. -  Санкт-Петербург. - 2009 . –С.56-58.
  36. Якимов, М.Р. Выделение трамвайных путей на улице Ленина в городе Перми как способ передачи приоритета общественному транспорту и мера положительного воздействия на экологию города / Г.Н. Кандалина, Н.С. Чащухина, М.Р. Якимов // Сборник научных трудов. Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса. Охрана окружающей среды, ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет. – Пермь: издательство ПГТУ. - 2009 г. – С 79-85.
  37. Якимов, М.Р. Постановка оптимизационной задачи распределения транспортного спроса в транспортных системах городов / Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // Сборник трудов II Международного экологического конгресса «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов». –Тольятти: Тольяттинский государственный университет.  - 2009 г. – С. 11-22.
  38. Якимов, М.Р. Подходы к формированию транспортных систем крупных городов / М.Р. Якимов // Вестник Пермского государственного технического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – Пермь. - 2010.  - № 1. – С. 123-130.
  39. Якимов, М.Р. Подходы к формированию транспортных систем крупных городов / М.Р. Якимов // Материалы Международной научно-практической конференции :«Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (электронный ресурс) на CD.
  40. Якимов, М.Р. Моделирование и анализ проектных предложений по реконструкции восточного обхода / М.Р. Якимов // Вестник Пермского государственного технического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности.  – Пермь. -2010. - № 1. –С. 69-74.
  41. Якимов, М.Р. Моделирование и анализ проектных предложений по реконструкции восточного обхода / М.Р. Якимов // Материалы Международной научно-практической конференции :«Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (электронный ресурс) на CD.
  42. Якимов, М.Р. Методология анализа территориального транспортного баланса урбанизированных территорий / М.Р. Якимов // Научные исследования и инновации. – Пермь: издательство ПГТУ . - 2010.  -Том 4. - №3. – С. 146-155.
  43. Якимов, М.Р. Методика оценки транспортного потенциала городской территории / М.Р. Якимов // Материалы международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах».  -С.-Петербург. – 2010. –С. 333-338.
  44. Якимов, М.Р. Движущие силы и ограничения развития транспортных систем городов / М.Р. Якимов // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: материалы юбилейной XVI Междунар. (девятнадцатой екатеринбургской) науч.- практ. конф.. – Екатеринбург: Изд-во АМБ. – 2010. –С. 104-114.
  45. Якимов, М.Р. К вопросу о размещении транспортно - логистических центров на территории г. Москвы / М.Р. Якимов // Вестник ПГТУ. Урбанистика – 2011. - № 1. - С. 60-67.
  46. Якимов, М.Р. Постановка, результаты, и анализ решения математической модели формирования эффективной транспортной системы крупного города на примере Перми / Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // 5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе Юбилейная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ). – Москва. - 2011 г. –С. 47-55.
  47. Якимов, М.Р. Новый подход к транспортному планированию и организации дорожного движения в крупных городах (на примере г. Перми) / Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // Проблемы устойчивого развития городского транспорта в Российской Федерации: материалы конференции, посвященной 80-летию ОАО «НИИАТ».-2011.- С. 80-95.
  48. Якимов, М.Р. Математические модели оптимальной задачи эффективного использования городской транспортной инфраструктуры / М.Р. Якимов // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: материалы третьей Международной научно-практической конференции, 12 мая 2011 г. / под ред. О.Н. Ларина, Ю.В. Рождественского. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. - 2011.- С. 264-276.
  49. Якимов, М.Р. Модель формирования эффективной транспортной системы крупного города / Ю.В. Трофименко, М.Р. Якимов // Вестник ПГТУ. Урбанистика – 2011. - № 4. - С. 4-12.

1 http://www.shell.de/home/content/deu/aboutshell/our_strategy/mobility_scenarios

2 Fancello Distribuzione commerciale e transporti in Italia. Metodo e manual per le previsioni di mobilita, Milan,2005, p.340






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.