Актуальность

     Развитие города и общественного транспорта взаимообусловлено. Совершенствование транспорта, в свою очередь, улучшает условия расселения в новых жилых районах, делает доступными и удобными для людей новые места приложения труда и объектов культурно-бытового назначения.[1]
     Одной из важнейших проблем современного градостроительства являются вопросы, связанные с обеспечением транспортного обслуживания населения и организацией городского движения.
     Научно-обоснованное прогнозирование развития любого города в настоящее время немыслимо без глубокой проработки всех вопросов, связанных с обеспечением передвижений людей в пределах города и тяготеющих к нему пригородных районов.[2]
     Города должны представлять собой рациональную комплексную организацию производственных зон, жилых районов, сети общественных и культурных учреждений, бытовых предприятий, транспорта, инженерного оборудования и энергетики, обеспечивающих наилучшие условия для труда, быта и отдыха людей. Транспортная сеть составляет планировочную основу городской территории. Города непрерывно развиваются: увеличивается население городов и размеры городских территорий. Если в небольших городах транспортное обслуживание населения осуществляется сравнительно легко, то в крупных оно значительно усложняется. В больших городах не только возрастает количество передвижений с ростом населения, но и увеличивается дальность поездки каждого пассажира, а также повышается транспортная подвижность населения, т. е. среднее количество поездок, совершаемых в течение года на транспорте одним жителем города. Таким образом, по мере роста города растет объем работы пассажирского транспорта, все более высокие требования предъявляются к мощности транспортных систем, к скорости и регулярности движения.

Обзор исследований и результатов по теме магистерской работы

     На начальной стадии развития крупных городов, когда обслуживание населения в поездках осуществлялось одним-двумя видами городского пассажирского транспорта (ГПТ), транспортные проблемы удавалось решать совершенствованием конструкции транспортных средств (ТС), дополнительным выпуском подвижных единиц на маршруты, разработкой новых видов ГПТ и технологии перевозок. Управление на уровне согласования являлось вполне достаточным и не вызывало особых затруднений.
     Существенный вклад в этом направлении исследований внесли такие известные отечественные и зарубежные ученые, как Артынов А.П., Баркова Е.А., Брайловский Н.О., Брэгман Л.М., Давидович В.Г., Зильберталь А.Х., Мальгин А.Н., Питтель Б.Г., Стрельников А.И., Фаянс О.Г., Шацкий Ю.А., Яворский В.В., Яковлев Л.А., Судьба В.К, Игнатенко А.С., Бутько Т.В., Гаврилов Е.В., Говорущенко М.Я., Заблоцкий Г.А., Штанов В.Ф., Нечаев Г.И., Воркута А.И., Коцюк О. Я., Брайловський Н.А., Грановский Б.И., Кобозев В.М., Лопатин О.П., Самойлов Д.С., Сафронов Е. А., Фишельсон М.С., З.Рюгер, Дж.Томлин, А.Дж.Вильсон, Ле Корбюзье, Т.Дж.Фратар и др.

Проблема

     Построение и оптимизация маршрутов на существующей дорожной сети в больших городах это насущная задача. В Донецке, например, больше ста маршрутов общественного транспорта. Без использования информационных систем проанализировать просто невозможно, так как оптимизировать нужно весь комплекс пассажирского транспорта – автобусы, трамваи, троллейбусы. Эта задача – наиболее сложная организационно, она требует координации деятельности большого количества управляющих организаций. Задача сложна также и технически, так как требует сбора, систематизации и анализа большого объема исходных данных.
     Средства для информации о дорогах, маршрутах, расписаниях в картографическом представлении существуют в Интернете уже 10 лет. И при этом сложилась парадоксальная ситуация практического отсутствия информационных услуг для массового потребителя. Инвесторы и коммерческие компании заинтересованы в предоставлении сервисов на основе пространственной информации. Этот рынок им очень интересен, но он не развивается из-за неопределенности правового поля, невозможности просчитать риски.
     Только в последнее время ситуация начала меняться под давлением популярности зарубежных проектов. Стали развиваться аналогичные отечественные сервисы. Но пока они далеки от того, что нужно потребителям. А нужны актуальные карты дорог для планирования поездок, планы улично-дорожной сети, маршрутов общественного транспорта, схемы организации движения.[3]

Цель работы

     Создание электронной карты пассажирских транспортных маршрутов города Донецка.

Объект исследования

      Схемы пассажирских транспортных маршрутов и улично-дорожная сеть города Донецка.

Задачи

     1. Анализ транспортной инфраструктуры города Донецка:
          • характеристика городского пассажирского транспорта;
          • существующая нормативно-правовая база регулирования в сфере пассажирского транспорта.
     2. Оценка эффективности функционирования городского пассажирского транспорта:
          • плотность маршрутной сети;
          • маршрутный коэффициент ;
          • разветвленность маршрутных схем городского транспорта;
          • протяженность подхода к остановкам;
          • классификация существующих маршрутов.
     3. Транспортное районирование.
     4. Построение геоинформационной системы транспортной сети пассажирского транспорта города Донецка.

Научная новизна

     Применение нового программного обеспечения (GIS-приложение pgRouting) для создания электронной карты пассажирского транспорта с целью рационального использования земель транспортной инфраструктуры города Донецка, что в свою очередь позволит оптимизировать схемы пассажирских транспортных маршрутов.
     Практическая реализация создания такого программного продукта позволит автоматически находить наиболее удобные маршруты, рассчитывать время, необходимое для их преодоления, выбирать подходящее транспортное средство, имеющееся в распоряжении и т.д.

Краткое изложение результатов работы

     Городская транспортная политика в сфере пассажирского транспорта основывается на Законах Украины «О местном самоуправлении в Украине», «О транспорте», «Об автомобильном транспорте», «О городском электротранспорте», «О дорожном движении», «О государственных социальных стандартах и государственных социальных гарантиях», «Стандартах работы городского пассажирского транспорта и требований к подвижному составу», постановлениях Кабинета Министров Украины «Об утверждении Правил предоставления услуг пассажирского автомобильного транспорта» от 26.09.2007г. № 1184, «Об Утверждении Порядка проведения конкурса на перевозку пассажиров автомобильным транспортом» от 29.01.2003г. № 139, нормативных актах органов местного самоуправления, действующих нормативных актов Украины, регулирующих отношения в этой сфере.
     Система городского пассажирского транспорта г. Донецка включает в себя автобус, троллейбус и трамвай.
     В настоящее время в г. Донецке создана сеть городских автобусных, трамвайных и троллейбусных маршрутов, утвержденная решением исполкома Донецкого горсовета от 29.12.2002г. № 647, которая насчитывает 157 маршрутов, из которых 10 трамвайных, 18 троллейбусных и 129 автобусных маршрутов.
     Ее общая длина составляет 1733 км. На маршрутной сети имеется более 500 остановок общественного транспорта. [4]
     Для оценки городского пассажирского транспорта в работе использовались следующие обосновывающие материалы:
     • решение исполкома Донецкого горсовета от 29.12.2002г. № 647 «Об утверждении перечня маршрутов движения городского пассажирского транспорта общего пользования, расписание (графиков) движения транспорта всех форм собственности и необходимого количества транспортных средств для их обслуживания» с изменениями и дополнениями;
     • решение от 22.10.2008 г. №440 «Об организации работы по совершенствованию маршрутов городского пассажирского транспорта»;
     • «Концепция развития городского пассажирского транспорта в городе Донецке на период до 2020 года» от 02. 11. 2007г. № 14/1;
     • перечень городских маршрутов на 2010 год;
     • схемы троллейбусных маршрутов;
     • схемы трамвайных маршрутов;
     • схемы некоторых автобусных маршрутов.
     Поскольку совершенствование маршрутной системы весьма сложный и трудоемкий процесс, он практически невозможен без применения экономико-математических методов и ЭВМ.
     На первом этапе для анализа транспортной инфраструктуры города я руководствовалась следующей классификацией автобусных маршрутов (рис 1 ):

     Опустим первую ветвь данной классификации, т.к. рассматриваются исключительно городские маршруты. К городским относятся маршруты, проходящие в пределах черты города (другого населенного пункта). По характеру маршруты могут быть маятниковыми и кольцевыми (рис.2).

     Маятниковым называют такой маршрут, при котором путь следования подвижного состава в прямом и обратном направлениях, проходит по одной и той же трассе.
     Кольцевым называется такой маршрут, при котором путь следования составляет замкнутый контур.
     При выполнении городских перевозок понятие маршрута соответствует участку улиц или дорог, по которому осуществляется регулярное движение от начальной до конечной остановок.
     Маршруты, в зависимости от их расположения на территории обслуживания района, разделяются на:
     • диаметральные, соединяющие периферийные районы города и проходящие через центр;
     • радиальные, соединяющие периферийные районы города с центральной его частью;
     • полу диаметральные, проходящие через центр и городские районы, но не диаметрально расположенные;
     • кольцевые;
     • тангенсальные, соединяющие отдельные периферийные районы и не проходящие через центр;
     • вылетные, выходящие за пределы обслуживающего района, но по характеру соответствующие основным маршрутам городской транспортной сети;
     • периферийные (рис.3).

     Маршруты движения разбиваются на перегоны. Перегоном называется участок маршрута между двумя смежными остановочными пунктами. Длина перегонов на городских маршрутах принимается равной 300 – 700 метров.
     Остановочные пункты разделяются на:
     • конечные (в начале и в конце маршрута);
     • промежуточные.
     Промежуточные, в свою очередь, могут быть:
     • постоянными – в пунктах с постоянным и достаточным пассажиропотоком;
     • временными, когда пассажиропоток непостоянен во времени по часам суток – около театров, концертных залов, стадионов или по сезонам года – в курортных районах летом у пляжей, достопримечательностей и т.д.;
     • по требованию пассажиров на перегонах значительной протяженности в пунктах, где имеется незначительный, но периодически возникающий пассажиропоток. [5]

     Для оценки совершенства маршрутной сети изучены специальные показатели:
      1. Маршрутный коэффициент () характеризует разветвленность маршрутной сети – отношение суммы длин всех маршрутов (,м), к сумме длин всех улиц и проездов (,ул.), по которым проходят маршруты пассажирского транспорта:

     Маршрутный коэффициент показывает, сколько в среднем маршрутов проходит по каждому участку сети, и характеризует примерное количество направлений, в которых пассажир может ехать из каждой точки сети. Чем он выше, тем больше удобств для пассажиров. Для хорошо развитой транспортной сети городов он равен = 2 – 3,5, а для слаборазвитой сети = 1,2 – 1,3.
     Автобусная транспортная сеть характеризуется плотностью (), т.е. насыщенностью территории города линиями автобусного транспорта:

где - площадь города, км²
     Чем выше плотность сети, тем меньше затраты времени пассажиров на подход к остановкам. Для крупных городов = 2 – 2,5 км/км², а для центральных районов города =5–7 км/км².
     Протяженность подхода к остановкам определяется:

где – протяженность перегона, расстояние между остановочными пунктами.

     На основании данного анализа можно сделать такие выводы:
     - маршрутный коэффициент для города Донецка = 1,79
     - плотность транспортной сети города Донецка =2,7
     - для центральной части города =6,1
     - = 0,2 км
     - для сокращения времени на подход нужно увеличивать () и уменьшать (). Но нужно учесть, что увеличение () позволяет рассредоточить пассажиропоток, а уменьшение () – снизить скорость движения автобуса и увеличить время доставки пассажиров к месту назначения.

     2. Разветвленность маршрутных схем городского пассажирского транспорта определяется коэффициентом ():

     - суммарная протяженность маршрутов городского транспорта, км;
     - протяженность маршрута одного вида транспорта.
     Разветвленность должна находиться в пределах 2-4. При значениях > 4 – очень большая разветвленность и низкая насыщенность транспортными средствами. При значениях < 2 – плохо совмещены маршруты, плохое взаимодействие различных видов транспорта.[6]
     Разветвленность маршрутной сети г. Донецка составляет 2.1, что, в целом, удовлетворяет теоретическим данным.

     Следующий этап работы предусматривает создание непосредственно самой электронной карты городского пассажирского транспорта с применением ГИС технологий.
     ГИС являются оптимальной платформой для комплексных решений в сфере транспорта. Транспортные системы с их территориальной распределенностью – идеальный объект автоматизации посредством геоинформационных систем. Пространственная составляющая является естественной основой интеграции задач управления транспортной инфраструктурой, расчетных задач, задач оперативного управления, навигации и т. д.[7]
     Поскольку совершенствование маршрутной системы весьма сложный и трудоемкий процесс, он практически невозможен без применения экономико-математических методов и ЭВМ. Так, маршрутную систему можно представить моделью, состоящей из двух частей: топологической схемы и перечня маршрутов. Топологическая схема представляет собой плоский граф с вершинами в микрорайонах населенного пункта и транспортными связями между микрорайонами, характеризуемыми расстоянием и временем сообщения.
     Граф дорог – это цифровая векторная карта, состоящая из топологически связанных дуг и узлов, местоположение и свойства которых с заданной точностью и полнотой передают маршруты и организацию движения наземного транспорта.[8]
     Для построения топологической схемы населенные пункты разбиваются на микрорайоны с учетом, по крайней мере, двух основных требований: пешеходной доступности маршрутов внутри микрорайона и его относительной обособленности. В каждом микрорайоне выбирается Центр, как правило, совпадающий с пересечением транспортных линий.
     Перечень маршрутов должен содержать по каждому из них информацию о трассе движения (в виде последовательного перечисления номеров микрорайонов, через которые он проходит), длине маршрута как сумме длин соответствующих участков топологической схемы, времени движения по участкам топологической схемы от начального до конечного пункта (микрорайона), а также о средней вместимости автобусов по маршрутам, числе их и интервалах движения.
     Создание базы данных маршрутов пассажирского транспорта с топологической схемой дорожной сети – прекрасная основа и для подготовки традиционных карт транспорта, и для создания интерактивных информационных систем для населения.
     Здесь следует также отметить, что средства анализа, имеющиеся в ГИС, позволяют не только прокладывать маршруты по существующей улично-дорожной сети (УДС), но и оценивать эффективность самой этой сети. Критерием оптимальности маршрутизации является минимум затрат времени на трудовые поездки, слагаемые из потерь времени на подход к остановочному пункту и отход от него, ожидание транспорта, собственно поездку и пересадку с одного вида транспорта или маршрута на другой.[9]
     Для второго этапа выполнения работы использовались следующие материалы:
     • карта г. Донецка масштаба 1:10000 (растровое изображени);
     • векторизированный слой улично-дорожной сети города (линейый слой);
     • схемы пассажирских маршрутов городского пассажирского транспорта (исходные данные в виде).
     Далее поэтапно выполняется векторизация следующих слоев:
     • схемы маршрутов городского пассажирского транспорта (рис. 4);

     • сеть остановочных пунктов (точечный слой);
     • транспортное районирование (полигональный слой).

     Векторизация слоев выполняется в ГИС приложении ArcView 3.1.
     При предварительном, а затем при окончательном проектировании транспортной сети надо исходить из решения основной задачи: обеспечение кратчайших и наиболее удобных связей для пассажирского транспорта между важнейшими зонами тяготения.[1]
     Структурой создаваемой сети является множество возможных маршрутов, возможность использования различных видов транспорта. Таким образом, при построении данной схемы должны решаться две основных задачи:
     • определение маршрута между двумя точками;
     • определение оптимального порядка прохождения промежуточных точек.
     Построение маршрутной системы городского пассажирского транспорта проводится поэтапно с использованием электронно-вычислительной техники и последовательным приближением к рациональному решению методом обращения по схеме «человек - ЭВМ», что обеспечивает их оптимизацию по соответствующим параметрам и учет неформальных критериев и факторов.

Заключение

     В работе изучены организационные системы и их модели, рассмотрен метод концептуального проектирования организационных систем и концепция их синтеза в аспекте развития транспортной системы области. При изучении организационных систем использован метод системного анализа с точки зрения трех подходов: системно-ориентированного, структурно-функционального и динамического. Проведена оценка эффективности функционирования городского пассажирского транспорта.
     Основываясь на анализе транспортной инфраструктуры города Донецка, учитывая существующую нормативно-правовую базу регулирования в сфере пассажирского транспорта, разработан комплексный подход, предоставления схемы движения городского пассажирского транспорта с применением математического моделирования.
     Таким образом, в моей магистерской работе планируется разработка нового программного обеспечения (GIS-приложение pgRouting) для создания электронной карты пассажирского транспорта с целью рационального использования земель транспортной инфраструктуры города Донецка, что в свою очередь позволит оптимизировать схемы пассажирских транспортных маршрутов, которая позволит использовать единую технологию ввода, обработки, оформления и обновления пространственной информации. Что значительно облегчит сбор, систематизацию и анализ большого объема исходных данных, что особенно актуально по мере возрастания количества пассажирского транспорта, более высоких требований к скорости и регулярности движений.
     Результаты работы можно использовать на практике для подготовки традиционных карт транспорта, и для создания интерактивных информационных систем для населения, также для обеспечения четкого и бесперебойного транспортного обслуживания населения.

Список используемой литературы

     1. Брайловский Н.О., Грановский В.П. Моделирование транспортных систем// М.: Транспорт, 1978.- 125с.
     2. Все о городском транспорте [Электронный ресурс] - http://transport-city.ru
     3. Геоинформационные технологии [Электронный ресурс] - http://www.mosmap.ru/stat/gis-i-transport.shtml
     4. «Концепция развития городского пассажирского транспорта в городе Донецке на период до 2020 года» от 02. 11. 2007г. № 14/1 [Электронный ресурс] - http://passtrans.dn.ua/concepcia.php
     5. Усиченко Н.Г. Организационно-экономические основы регулирования системы городского пассажирского транспорта [Электронный ресурс]// С.-Петерб. гос. ун-т - http://creditseu.com/science/index_science.htm
     6. Организация дорожного движения в городах. Методическое пособие под ред. Ю. Д. Шелкова// М.: Транспорт, 1995. - 98c.
     7. Степура М.Г. Архитектура и строительство №6 (205) Архитектура и строительство - роль и значение транспортно-общественных центров в структуре крупных городов [Электронный ресурс] - http://www.ais.by/story/2802
     8. Автобусные маршруты и линейные сооружения [Электронный ресурс] - http://autodelo.narod.ru/content/4_3/4_3_4.htm
     9. КБ Панорама(ТМ) геоинформационные технологии - ГИС и геоинформационные технологии. Геодезия. Картография. Навигация - граф дорог [Электронный ресурс] - http://www.gisinfo.ru/support/tehno.htm