Bienxczak_Fierek_Kicinski_Kwasnikowski_Sawicki_Regionalny_model_podrozy_na_potrzeby_planu.pdf

(2462 KB) Pobierz
Logistyka - nauka
Maciej Bieńczak
1
, Szymon Fierek
2
, Marcin Kiciński
3
Politechnika Poznańska, Zakład Systemów Transportowych
Jerzy Kwaśnikowski
4
Wyższa Szkoła Bankowa we Wrocławiu
Piotr Sawicki
5
Politechnika Poznańska, Zakład Systemów Transportowych
.
Regionalny model podróży na potrzeby planu
zrównoważonego rozwoju transportu publicznego
1. W
STĘP
Publiczny transport miejski i regionalny należy do kluczowych czynników determinujących nie tylko
prawidłowe funkcjonowanie, ale przede wszystkim rozwój terenów zurbanizowanych [2], [7], [7], [13], [14],
[16], [20].
Od wielu lat organy władzy rządowej i samorządowej poszczególnych krajów i ich związków (np. Unii
Europejskiej), opracowują podstawowe zasady funkcjonowania transportu oraz dokumenty prawne (ustawy,
dyrektywy, rozporządzenia) wdrażające te zasady w gospodarce i
życiu
społecznym. Działania takie można
nazwać polityką transportową np. Unii Europejskiej, Polski, województwa, powiatu, gminy, miasta. Polityka
ta jest postrzegana jako jeden z istotnych segmentów polityki mikroekonomicznej, a zarazem jeden
z ważnych obszarów polityki gospodarczej państwa [19].
Komisja Europejska w marcu 2011 roku przyjęła najnowszy dokument polityki transportowej [18].
Zakłada on zastąpienie transportu samochodowego (szczególnie indywidualnego) bardziej przyjaznymi
środowisku
rodzajami i formami transportu, co pozwoli m.in., na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.
Zrównoważony system transportowy jest mechanizmem napędzającym gospodarkę, dlatego strategia za
priorytet uważa konieczność planowania infrastruktury i przewozów w sposób maksymalnie wspierający
rozwój i minimalizujący negatywny wpływ na
środowisko.
Jednocześnie podkreślana jest konieczność
zmian w sektorze transportu, w tym zmniejszenia dotacji do inwestycji drogowych, a zwiększenia dotacji do
projektów prośrodowiskowych, takich jak drogowy transport zbiorowy, transport kolejowy oraz
żegluga
śródlądowa
czy morska.
Komisja Europejska upatruje sposobu realizacji powyższych postulatów, miedzy innymi poprzez
opracowywanie planów transportowych (ang. mobility plans). W różnych krajach Unii Europejskiej, a także
poza nią, zaobserwować można zróżnicowane podejście do zagadnienia opracowywania takich planów.
W Polsce zauważalne są różne sposoby interpretacji przepisów i związanego z nimi zakresu planu
transportowego. Zdaniem autorów niniejszego artykułu, najbardziej odpowiednim podejściem,
zapewniającym rzetelne podstawy o charakterze ilościowym, jest podejście oparte na wykorzystaniu modeli
podróży.
W niniejszej pracy autorzy przedstawili sposób przygotowania modelu o zasięgu regionalnym,
utworzonego na potrzeby opracowania planu transportowego województwa wielkopolskiego. W kolejnych
rozdziałach artykułu przedstawiono podstawy metodyczne dotyczące modelowania podróży, a także opis
poszczególnych kroków budowy modelu podróży wraz z uzyskanymi rezultatami. Artykuł został
podsumowany wnioskami oraz uzupełniony spisem bibliograficznym.
1
2
maciej.bienczak@put.poznan.pl
szymon.fierek@put.poznan.pl
3
marcin.kicinski@put.poznan.pl
4
jerzy.kwasnikowski@put.poznan.pl
5
piotr.sawicki@put.poznan.pl
Logistyka 4/2014
1673
Logistyka - nauka
2. M
ODELOWANIE PODRÓŻY
Zjawiska, procesy i obiekty, struktury i systemy, a także określone sytuacje (problemy) decyzyjne
występujące w rzeczywistym
świecie
przedstawiane są często w postaci uproszczonej jako różnorodne
modele. Wszystkie modele są wyidealizowaną, przybliżoną reprezentacją
świata
rzeczywistego
i występujących w nim obiektów czy zjawisk.
Ze względu na charakter i zakres rozważań prowadzonych w niniejszym artykule przedmiotem
zainteresowania autorów są przed wszystkim modele matematyczne, czyli takie modele, które przedstawiają
opisywaną rzeczywistość za pomocą matematycznych symboli, wzorów i wyrażeń [4]. Model matematyczny
opisujący działanie określonego systemu, obiektu czy fragmentu rzeczywistości zostaje określony, jeśli są
zdefiniowane wielkości w nim występujące (ich miary, jednostki, zakresy zmienności, itp.) oraz podane
związki wiążące te wielkości w postaci wyrażeń matematycznych. Model matematyczny jest, zatem zbiorem
reguł i zależności zapisanych w formie związków analitycznych, wyprowadzonych na podstawie obserwacji
rzeczywistości. Za J. Leszczyńskim [9] można stwierdzić,
że
model matematyczny ma zastąpić obiekt
rzeczywisty w zaplanowanych badaniach. Ma on działać tak, aby na podstawie wyżej wzmiankowanych
wyrażeń i zależności matematycznych można było przewidzieć (w drodze obliczeń) przebieg modelowanego
obiektu, zjawiska, procesu czy systemu [9].
Specyficznym rodzajem modelu matematycznego jest model podróży zwany też często modelem ruchu
[4], [10]. Zawiera on matematyczny opis związków zachodzących między komponentami struktury
podażowej i popytowej transportu oraz jego otoczenia, a także zbiór procedur (algorytmów) pozwalających
rozwiązywać konkretne problemy decyzyjne związane z funkcjonowaniem systemów transportowych.
W związku z tym kluczową rolę w modelu podróży odgrywają model podaży oraz model popytu.
Modelowanie podróży rozwijane jest co najmniej od lat 60-tych ubiegłego wieku [4]. Od tego czasu
pojawiło się wiele propozycji, z których największe uznanie, ale również krytykę, zyskał model
czterostadiowy. Jak sama nazwa wskazuje, model ten składa się z czterech następujących stadiów/faz,
opisanych odrębnymi modelami matematycznymi: fazy generacji podróży, fazy rozkładu przestrzennego
podróży, fazy podziału zadań przewozowych oraz fazy rozkładu ruchu na sieć transportową [4], [10].
Pierwsze trzy stadia/fazy stanowią podstawy modelu popytu, a więc opisują potrzeby transportowe
realizowane w wyodrębnionej jednostce terytorialnej podzielonej na zawarte w jej granicach obszary (rejony
komunikacyjne) i wydzielone w jej granicach układy transportowe [8].
Celem pierwszego stadium modelu czterostadiowego – modelu generacji ruchu/podróży (ang. trip
generation) jest zdefiniowanie potencjałów ruchotwórczych odwzorowujących całkowite wielkości podróży
mających swoje
źródła
oraz cele, przypisane do określonych rejonów komunikacyjnych [4], [10].
Kolejne stadium modelu – rozkład przestrzenny podróży (ang. trip distribution) – umożliwia
przestrzenną „dystrybucję” wszystkich podróży realizowanych w danym obszarze. Etap ten polega na
rozdzieleniu potencjałów ruchotwórczych rejonów komunikacyjnych pomiędzy pary rejonów (rejony
źródłowe
i docelowe). Zakłada się,
że
całkowita liczba podróży pomiędzy punktami
źródłowymi
i docelowymi jest znana, podobnie jak znane są czasy (koszty) podróży. W efekcie uzyskuje się macierz
podróży „źródło–cel” (ang. O-D matrix) o wymiarze odpowiadającym liczbie rejonów komunikacyjnych
zawierającą wielkości potoków ruchu przemieszczających się od
źródła
(ang. origin – O) do celu (ang.
destination – D) [4], [10].
W trzecim stadium – w podziale zadań przewozowych (ang. modal split) wyznaczany jest udział
podróży realizowanych za pomocą różnych
środków
transportowych w ogólnej liczbie podróży
wykonywanych na danym obszarze [4], [10].
Oprócz wyżej opisanych trzech stadiów stanowiących model popytu, model podróży musi zawierać
model podaży opisujący sieć transportową z możliwie dokładnym (na miarę potrzeb) odwzorowaniem
geometrii układu drogowego, z różnymi klasami dróg, planami sygnalizacji, przebiegiem linii transportu
zbiorowego itp. Skonfrontowanie obu tych modeli (popytu i podaży) w czwartym stadium modelu
czterostadiowego, dzięki zastosowaniu odpowiednich algorytmów rozkładu ruchu na sieć transportową,
pozwala określić wielkości potoków ruchu na poszczególnych ogniwach / łukach sieci transportowej [4],
[10]. Jest to jedna z najbardziej zaawansowanych algorytmicznie procedur w modelowaniu ruchu.
Modelowanie rozkładu ruchu na sieć jest niemal niewykonalne bez specjalistycznego oprogramowania.
1674
Logistyka 4/2014
Logistyka - nauka
Często za sprawą zaawansowanych rozwiązań analitycznych, zastosowanych w modelach ruchu
uzyskuje się szereg innych, dodatkowych informacji, służących do planowania systemów transportowych
[4], [10].
3. K
ONSTRUKCJA MODELU PODRÓŻY
3.1. Założenia ogólne
Z uwagi na cel wykorzystania modelu, dostępność danych oraz ograniczone możliwości pozyskania
danych na drodze własnych badań poczyniono następujące założenia względem modelu:
−
zasięgiem obejmuje całe województwo wielkopolskie,
−
model popytu zakłada uproszczenie sieci transportowej – szczególnie w zakresie przystanków
autobusowych,
−
jest zbudowany w oparciu o podejście czterostadiowe,
−
ma charakter statyczny,
−
podział zadań przewozowych ustalony będzie wg proporcji wynikającej z przeprowadzonych badań
ruchu,
−
uwzględnionych zostało siedem podstawowych motywacji podróżnych tj.: DOM – PRACA (D-P),
PRACA –– DOM (P-D), DOM – NAUKA (D-N), NAUKA – DOM (N-D), DOM – INNE (D-I), INNE
– DOM (I-D), NIEZWIĄZANE Z DOMEM (NZD).
W całej procedurze budowy modelu wykorzystano obszerny zbiór danych pochodzących, m.in. z:
−
badań własnych przeprowadzonych w wybranych gospodarstwach domowych województwa
wielkopolskiego,
−
badań własnych przeprowadzonych w
środkach
transportu zbiorowego,
−
baz danych Głównego Urzędu Statystycznego (GUS),
−
Generalnego Pomiaru Ruchu (GPR) przeprowadzonego przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych
i Autostrad w 2010 roku.
3.2. Model podaży
Sieć transportowa wykorzystana w modelu została zbudowana w oparciu o otwarte dane pochodzące
z OpenStreetMap [5]. Wyróżniono łącznie 27 różnych typów odcinków z predefiniowanymi wartościami
przypisanych im atrybutów takich jak np. przepustowość, prędkość w ruchu swobodnym, dopuszczenie do
ruchu określonych
środków
transportu itp. Ponadto dla odcinków kolejowych zdefiniowano dodatkowe
atrybuty, odpowiadające liczbie torów, elektryfikacji oraz maksymalnej prędkości. Łącznie w modelu sieci
transportowej, po odrzuceniu części odcinków stanowiących drogi lokalne i osiedlowe, zastosowano blisko
25 tys. odcinków (ok. 23,5 tys. drogowych oraz 1,5 tys. kolejowych).
Zamodelowanie przystanków stanowiło jedno z poważniejszych problemów odwzorowania sieci
transportu publicznego. O ile dostępne były informacje o dokładnej lokalizacji wszystkich dworców
kolejowych, o tyle takich informacji brakowało w przypadku linii autobusowych. Na podstawie informacji,
zawartych w pozwoleniach na przewozy w transporcie autobusowym, ujednolicono nazwy przystanków.
Ponadto przyjęto założenie o uwzględnieniu jednego przystanku na miejscowość, za wyjątkiem Poznania,
gdzie uwzględniono ich więcej. W związku z tym w modelu odzwierciedlono ostatecznie 1481 przystanków,
z czego 455 stanowiły dworce kolejowe.
W konsekwencji ograniczenia liczby przystanków, uproszczeniu uległa sieć linii autobusowych. Ich
przebieg został dostosowany do lokalizacji przystanków. W rezultacie część linii uzyskała taki sam przebieg,
zaś w modelu odwzorowano je jako dodatkowe kursy tej samej linii. Uproszczenie to nie wprowadziło
zaburzenia, bowiem model przeznaczony miał być do analizy podróży międzypowiatowych. Ostatecznie
w modelu uwzględnione zostały 694 linie autobusowe, na których łącznie realizowanych jest 4695 kursów
w ciągu całej doby.
W przypadku linii kolejowych, wobec stosunkowo dobrej dostępności danych odzwierciedlone zostały
wszystkie pasażerskie połączenia w obrębie województwa wielkopolskiego oraz harmonogram jazdy zgodny
Logistyka 4/2014
1675
Logistyka - nauka
z rozkładem jazdy, aktualnym w czasie pomiarów i badań ruchu tj. październik/listopad 2013. Ogółem
zamodelowano 43 trasy kolejowe (86 w obu kierunkach) uzyskując 595 kursów w ciągu doby.
3.3. Model popytu
Model popytu województwa wielkopolskiego został zbudowano w oparciu o podział na rejony
komunikacyjne odpowiadające podziałowi administracyjnemu województwa na gminy (bez rozróżniania
gminy na miasto i obszar wiejski). W rezultacie wydzielono 215 rejonów wewnętrznych. Ponadto, na
potrzeby uwzględnienia ruchu zewnętrznego, wydzielono dodatkowo 69 tzw. rejonów zewnętrznych
zlokalizowanych zaraz za granicą województwa i odpowiadających drogom krajowym i wojewódzkim oraz
liniom kolejowym przecinającym tą granicę. Łącznie model zawiera 284 rejony komunikacyjne.
Zgodnie z procedurą czterostadiową, w pierwszym stadium przystąpiono do wyznaczenia potencjałów
ruchotwórczych dla każdego rejonu komunikacyjnego.
Potencjały ruchotwórcze (produkcję i atrakcję ruchu) wyznaczono przy pomocy odpowiednich równań
regresji wielorakiej, których ogólną postać przedstawia formuła (1). Równania te zdefiniowano odrębnie dla
każdego potencjału każdej motywacji.
y
=
a
1
x
1
+
a
2
x
2
+ ... +
a
k
x
k
+
b
gdzie:
y
(1)
– zmienna zależna – liczba podróży generowanych lub przyciąganych przez rejon
komunikacyjny,
– zmienne niezależne/objaśniające opisujące charakterystykę socjoekonomiczną rejonu
x
1
, x
2
, x
k
komunikacyjnego,
a
1
, a
2
, a
k
, b
– cząstkowe współczynniki regresji wielorakiej.
Jako zmienne objaśniające uwzględniono: charakterystyki socjo-demograficzne, przestrzenne
i gospodarcze np. liczbę ludności, liczbę uczących się, pracujących, liczbę miejsc nauki, miejsc pracy, liczbę
punktów usługowych, liczbę szpitali i ośrodków zdrowia, urzędów, marketów, obiektów kulturalnych,
sportowo-rekreacyjnych, gastronomicznych, hoteli.
Dla każdej motywacji wyznaczono odpowiednie współczynniki regresji, co pozwoliło wyznaczyć
wartości potencjałów ruchotwórczych.
Rozkład przestrzenny podróży został wyznaczony przy wykorzystaniu modelu grawitacyjnego, którego
parametry zostały skalibrowane zgodnie z wynikami przeprowadzonych badań. Przyjęty model grawitacyjny
opisano formułą (2).
f
(
x
) =
ax
bx
cx
(2)
gdzie:
a, b, c
– parametry korygujące,
x
– opór przestrzeni mierzony odległością między parami rejonów (najkrótszą
ścieżką).
Dobór odpowiednich parametrów
a, b
i
c
pozwolił na wyznaczenie więźby ruchu (rys. 1), w której
histogram dystansu podróży odpowiadał wynikom badań.
W związku z przyjętym założeniem o ustaleniu podziału zadań przewozowych wg stałej proporcji
wynikającej z przeprowadzonych badań, dokonano podziału całkowitej więźby ruchu na więźby związane
z transportem indywidualnym i zbiorowym. Posłużyły one do wykonania roboczych rozkładów ruchu na
sieć, co z kolei pozwoliło na odpowiednią weryfikację i kalibrację modelu
1676
Logistyka 4/2014
Logistyka - nauka
Rys. 1. Całkowita więźba ruchu w modelu ruchu dla stanu obecnego
Źródło:
opracowanie własne.
Logistyka 4/2014
1677

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin