Маршрутные сети транспортных систем мегаполисов представляет сверхмощные и разветвленные структуры. Так, городской пассажирский транспортный комплекс Санкт-Петербурга, второго по величине города Российской Федерации, на современном этапе формируют [1]:
1. Сеть Петербургского метрополитена, которая включает 5 линий общей протяженностью 113,6 км, (67 станции, 72 вестибюля и 7 пересадочных узлов);
2. Сеть наземного электрического транспорта, которая включает 43 трамвайных и 44 троллейбусных маршрута. Протяжённость в двухпутном исчислении трамвайной сети Санкт-Петербурга составляет 240 км, троллейбусной сети 325 км. Парк подвижного состава состоит из 700 троллейбусов и 750 трамвайных вагона;
3. Сеть автобусного транспорта, включает 329 автобусных маршрутов регулярных перевозок с посадкой и высадкой пассажиров только в установленных остановочных пунктах по установленному Правительством Санкт-Петербурга тарифу и 303 автобусных маршрута регулярных перевозок с посадкой и высадкой в любом не запрещённом Правилами дорожного движения месте. Парк транспортных средств составляет около 6000 автобусов;
4. Сеть пригородного железнодорожного транспорта в черте административных границ Санкт-Петербурга: 44 станции, в том числе 5 головных вокзалов, и 46 остановочных пунктов.
Парк легкового транспорта в Санкт-Петербурге составляет более 1,5 миллионов автомобилей. Городской пассажирский транспортный комплекс Санкт-Петербурга сопряжен с пассажирским транспортным комплексом Ленинградской области, на территории которой находятся отдельные составляющие транспортного комплекса Санкт-Петербурга — станция метрополитена «Девяткино» и депо метрополитена «Северное». Транспортные системы города и области связаны между собой автомобильными дорогами (из них 7 федерального значения, 25 — регионального) и железными дорогами 12 направлений.
В Санкт-Петербурге, как и в большинстве городов России, маршрутная сеть наземного пассажирского транспорта формировалась под влиянием исторических факторов, поэтому в современных условиях, как правило, не полностью учитывает потребности пассажиров в перевозках. В первую очередь это обусловлено значительным изменением структуры спроса на пассажирские перевозки. Динамичное социально-экономическое развитие городов вызывает появление новых объектов и зон притяжения пассажиропотоков, таких как деловые, торговые, развлекательные и спортивные центры, изменение в структуре расселения жителей города в связи с появлением новых районов жилой застройки. Во-вторых, рост уровня автомобилизации привел к оттоку части населения на индивидуальный транспорт, что привело к снижению резервов пропускной способности улично-дорожной сети. Для современного этапа развития наземного городского пассажирского транспорта, существующие в российских мегаполисах, регулярные маршруты представляют собой совокупность традиционных «старых» маршрутов и «новых» — в подавляющем большинстве коммерческих. «Новые» маршруты, особенно на прибыльных участках, почти всегда дублируют «старые». Дополнительную сложность в маршрутную сеть, к примеру, в Санкт-Петербурге, вносят пригородные маршруты, которые начинаются в области и заканчиваются в городе, зачастую с той же целью — дублировать прибыльные участки «старых» городских маршрутов. Данные маршруты, в силу областного законодательства, открываются без согласований с городскими администрациями. Существование такой маршрутной сети приводят к достаточно парадоксальной ситуации, когда при общем избытке подвижного состава в инвентаре, на линии имеют место недостаток транспортных средств, рост времени ожидания на отдельных маршрутах, особенно в вечерние часы и переполнение подвижного состава в часы пик.
Одним из способов устранения данных недостатков является оптимизация маршрутной сети и подвижного состава на маршрутах по вместимости. Причем оптимизировать маршрутную сеть можно только при совместном соблюдении трех условий:
1. известно, куда направлены потоки движения;
2. известно, откуда движутся эти потоки;
3. известен физический объем этих потоков.
В единой транспортной системе мегаполиса все системы видов городского пассажирского транспорта должны быть взаимодополняющими. При этом системы наземного транспорта (автобус, троллейбус, трамвай) могут быть первой ступенью единой системы городского транспорта, поскольку они имеют самые короткие расстояния между остановками. Второй ступенью должен стать метрополитен, расстояние между станциями которого, составляет 2–4 остановки наземного транспорта. Третью ступень могут представлять системы городских железных дорог, сеть которых целесообразно формировать, начиная с действующих внутригородских участков. Расстояния между железнодорожными остановочными пунктами составляет 2–4 перегона между станциями метро. Такая трехступенчатая единая система городского пассажирского транспорта обеспечит наименьшие затраты времени на поездку.
Анализ отечественного опыта формирования маршрутных сетей пассажирского транспорта позволил выявить, что во времена доминирования общественного транспорта в городских транспортных системах решение задач оптимизации его работы сводилось к оптимальному распределению наличного парка подвижного состава маршрутам с учетом транспортных затрат в условиях, когда весь транспорт и вся маршрутная сеть обслуживались одним собственником. В тот период считалось, что формирование и оптимизация сети маршрутов должны происходить на основе данных о фактических перемещениях населения по территории города. Для этого было введено понятие транспортной корреспонденции (полного описания каждой поездки пассажира от начала до конца) и матрицы пассажирских корреспонденций. Матрица пассажирских корреспонденций служила для нахождения оптимальной маршрутной сети, что достигалось с помощью введения критериев оптимальности. Например, таких как: кратчайший путь между начальным и конечным пунктом маршрута, минимальное время, затрачиваемое на перемещения всеми пассажирами и других.
В результате анализа матрицы корреспонденций выявлялись пары районов, имеющие максимальную величину пассажиропотока. Затем при совпадении начальных, конечных или промежуточных элементов полученные связи объединялись в маршрут. Если величина потока на каком-либо элементе цепи станет меньше некоторой заданной величины, то маршрут обрывают. Процедуру повторяют до тех пор, пока количество пассажиропотоков, не обслуженных сформированной маршрутной схемой, не станет минимальным в первом приближении. На следующем этапе работы осуществляется детальный анализ и корректировка разработанной совокупности маршрутов. Для этого были разработаны различные алгоритмы, позволяющие скорректировать предварительную сеть по одному из следующих критериев: минимум времени перевозки, равномерное распределение пассажиропотока по маршрутам, рациональное распределение транспортных средств по маршрутам.
Таким образом, в данный период были заложены основы для разработки математических моделей, алгоритмов и методик распределения пассажирских потоков в городах, минимизации числа пассажирских транспортных средств на маршрутах, определения рациональных параметров маршрутной сети городского пассажирского транспорта, выбора способа перемещения населением и других задач совершенствования маршрутных сетей городов. Был разработан метод комбинаторного анализа с направленным отбором вариантов. Однако отсутствие значимых ограничений, позволяющих уменьшить количество сравниваемых вариантов маршрутных сетей, и затраты времени при выполнении расчетов в ручную, стали основными причинами, ограничивающими возможность использования предлагаемого метода.
Развитие различных методов оптимизации маршрутной сети привело к необходимости их классификации, согласно которой все методы маршрутизации стали делить на две группы в зависимости от уровня решаемых задач. Первая группа была предназначена для построения маршрутных схем для города в целом и получила название методов общей маршрутизации. Методы локальной маршрутизации, составляющие вторую группу, предназначены для корректировки отдельно взятых маршрутов. А так же два подхода к оптимизации маршрутной схемы. В первом подходе в качестве основного критерия оптимизации принимается сокращение затрат времени на поездки. Во втором подходе основным критерием является уровень пересадочности. Считалось, что приемлемых результатов можно добиться только при комбинировании подходов на разных этапах формирования рациональной маршрутной схемы. Достоинством таких организационных мер является увеличение скорости сообщения на маршрутах, недостатком — сложность ориентирования пассажиров.
Все существующие подходы к проектированию рациональных маршрутных сетей ГПТ делились на три группы:
1. Автоматизированное проектирование маршрутов пассажирского транспорта на основе формализованных математических моделей;
2. Частичная автоматизация процесса построения маршрутов пассажирского транспорта, и экспертная оценка результатов специалистом;
3. Принятие решений на основе опыта и неформализованного анализа экспертов.
Практика показала, что применение жестко формализованных математических моделей дает оптимальное решение с точки зрения строго заложенного в программу алгоритма, однако при таком подходе невозможно учесть сложившиеся в городе традиции и привычки пассажиров, а так же другие требования, не поддающиеся формальному описанию. Поэтому наиболее эффективным считается второй подход, при котором эксперт проводит анализ полученных результатов и принимает окончательное решение.
Таким образом, по состоянию на сегодняшний день, существует множество разнообразных теорий оптимизации маршрутной сети и большинство из них опираются на известные значения величин пассажиропотоков по конкретным участкам. Однако, ряд исследователей считают, что базирование по этому принципу является не совсем корректным и точным, так как пассажиропоток, являясь метрической величиной, не всегда способен полностью описать характер и направление движения пассажиров, а, как правило, указывает только на величину загруженности определенного участка трассы.
По их мнению, наиболее корректно пользоваться значениями пассажирообмена на остановочных пунктах [2].
Необходимо так же учитывать, что оптимальность маршрутной сети с точек зрения участников системы городского пассажирского транспорта является противоречивой. Так, например, сокращение времени ожидания пассажиров очевидным образом связано с увеличением количества подвижного состава на маршруте, а, следовательно, со снижением загруженности и экономической выгоды. С другой стороны, стремление увеличить прибыльность транспортных организаций может привести к отказу населения от перевозок и появлению конкурирующих организаций. Поэтому необходим критерий, который будет учитывать интересы пассажиров и перевозчиков.
Все вышеперечисленное подтверждает вывод о том, что точных решений задачи построения эффективных маршрутов не существует, и эта задача относится к классу задач комбинаторной оптимизации.
Что касается опыта городов стран Европейского союза и США, то, как следует из проведенного в открытом доступе мониторинга данной информации, вопросы оптимизации маршрутной сети у них практически не исследуются, в связи с тем, что основное внимание из-за высокого уровня автомобилизации уделяется выбору способа перемещения населения (личным или общественным транспортом). К тому же количество маршрутов, проходящих по одной и той же части улично-дорожной сети, сведено до минимума за счет высокого коэффициента пересадочности.
В планировании маршрутной сети был внедрён принцип «одна линия — один маршрут». Такая схема организации движения действительно прослеживается во многих зарубежных городах. Обслуживание больших территорий малым количеством маршрутов стало возможным за рубежом после массового внедрения системы зонно-повремённых пересадочных тарифов
Исследование возможности оптимизации маршрутной сети городского пассажирского транспорта в мегаполисах, проведенное в данной статье, позволяет сделать следующие выводы:
1. На сегодняшний день, существует множество разнообразных теорий оптимизации маршрутной сети и большинство из них опираются на известные значения величин пассажиропотоков по конкретным участкам.
2. Оптимизировать маршрутную сеть можно только при совместном соблюдении трех условий: известно, куда направлены потоки движения; известно, откуда движутся эти потоки; известен физический объем этих потоков.
3. Оптимальность маршрутной сети с точек зрения участников системы городского пассажирского транспорта является противоречивой.
4. Точных решений задачи построения эффективных маршрутов не существует, и эта задача относится к классу задач комбинаторной оптимизации.
5. Оптимизировать можно только интегрированную маршрутную сеть с большим числом пересадочных узлов.
6. В связи с тем, что часть требований, для построения оптимальной маршрутной сети не поддается формальному описанию, наиболее эффективным является подход, при котором эксперты проводит анализ полученных результатов автоматизированного проектирования маршрутов и принимает окончательное решение.
Литература:
1. Комитет по экономической политике и стратегическому планированию Санкт-Петербурга. «Аналитические материалы к разработке стратегии социально-экономического развития Санкт-Петербурга до 2030 года». Санкт-Петербург, декабрь 2013 года. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://spbstrategy2030.ru (дата обращения 10.12.2014).
2. В. А. Мелихов, В. А. Гудков «ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ МАРШРУТНОЙ СЕТИ» [Электронный ресурс]. Режим доступа http://cyberleninka.ru/article/n/printsipy-formirovaniya-marshrutnoy-seti Дата обращения: 09.12.2014
