Обзор российского опыта по организации планирования развития городской маршрутной сети

Введение

Устойчивое развитие пассажирского транспорта и повышение уровня транспортного обслуживания населения в настоящее время являются важнейшей задачей, возникающей перед руководством любого крупного города.

Развитие маршрутной сети пассажирского транспорта в большинстве российских городов происходит постепенно и, как правило, не имеет системного характера. В современных условиях это нередко приводит к неэффективной работе транспорта, поскольку существующие маршрутные сети неполностью удовлетворяют потребности пассажиров в перевозках.

Одним из ключевых факторов, негативно влияющих на эффективность работы общественного транспорта, является стремительное развитие городов, появление новых центров формирования и притяжения пассажиропотоков – таких как административные, торговые, спортивные объекты, увеличение плотности населения в жилых районах за счет строительства многоэтажных жилых комплексов и т.д. В связи с этим возникает необходимость в постоянном развитии маршрутных сетей и повышение эффективности работы общественного транспорта.

Актуальность исследования также обусловлена необходимостью обобщения имеющегося на сегодняшний день позитивного теоретического и практического российского опыта по организации планирования развития городской маршрутной сети.

Целью исследования является выявление перспективных теоретических направлений развития методологии и методик, а также обобщение практического опыта по организации планирования развития городской маршрутной сети.

Теоретико-методологической основой проводимого исследования являются труды известных российских и зарубежных ученых, таких как Е.А. Ананьева [1] (Ananeva, 2019), Л.В. Булавина [2] (Bulavina, 2019), О.Н. Быкова, И.В. Пустохина [3] (Bykova, Pustokhina, 2020), А.Л. Носов [4] (Nosov, 2018), С.М. Мочалин, Ю.А. Колебер [6] (Mochalin, Koleber, 2019), Д.Т. Оспанов [7] (Ospanov, 2019), Н.А. Перепелкин, О.В. Рыкалина, Т.А. Тультаев [8] (Perepelkin, Rykalina, Tultaev, 2019), Е.С. Ташланов, В.А. Игнатюгин [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019), М.И. Шаров, О.А. Лебедева [10] (Sharov, Lebedeva, 2019).

Научная новизна исследования заключается в выявлении перспективных методик и подходов к планированию маршрутной сети городского пассажирского транспорта.

Гипотеза исследования состоит в том, что процесс организации планирования развития городской маршрутной сети должен осуществляться с учетом специфических характеристик городской инфраструктуры и применением математических моделей и специализированного программного обеспечения.

Формирование маршрутной сети является ключевым элементом при создании эффективной транспортной системы любого города, оказывая прямое влияние на удовлетворенность населения в перевозках и качество оказываемых услуг. Одним из ответственных моментов в решении задачи разработки маршрутной сети является выбор методики проектирования сети. Наиболее интересными и перспективными с научной и практической точки зрения можно выделить следующие методики и подходы к планированию маршрутной сети городского пассажирского транспорта:

1. Методические рекомендации Министерства транспорта Российской Федерации по планированию регулярных перевозок пассажиров и багажа по муниципальным и межмуниципальным маршрутам автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом.

2. Фрактальные подходы к планированию маршрутной сети городского пассажирского транспорта.

3. Уровни представления маршрутных пассажирских транспортных сетей в виде графовых моделей.

4. Проектирование и оценка транспортной сети и маршрутной системы в городах по методике Л.В. Булавиной.

5. Метод транспортного зонирования маршрутной сети города.

6. Изменение маршрутной сети городского общественного транспорта с применением специализированных IT-программ.

Рассмотрим подробнее каждую из представленных методик.

1. Построение маршрутной сети с использованием методических рекомендаций Министерства транспорта.

Методические рекомендации Министерства транспорта Российской Федерации по разработке Документа планирования регулярных перевозок пассажиров и багажа по муниципальным и межмуниципальным маршрутам автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом [5] (далее по тексту – Документ планирования) разработаны и утверждены в 2020 году. Предполагается, что они могут использоваться как на муниципальном, так и на региональном уровне во всех субъектах Российской Федерации.

Согласно данному документу, ключевыми целями планирования и организации маршрутной сети городского транспорта должны являться:

− повышение качества обслуживания населения общественным транспортом в соответствии с Социальным стандартом и иными локальными нормативно-правовыми документами, принятыми администрациями регионов и муниципальных образований, согласно которым устанавливаются требования к качеству оказываемых населению транспортных услуг, с учетом существующей инфраструктуры, изменения спроса на данные услуги и имеющихся бюджетных возможностей;

− повышение привлекательности общественного транспорта и постепенное снижение уровня использования личного автотранспорта;

− развитие транспортно-пересадочных узлов для создания эффективных транспортных связей между разными видами общественного транспорта;

− повышение мобильности населения за счет снижения расходов на использование общественного транспорта и сокращения времени на поездки;

− повышение эффективности использования общественного транспорта за счет снижения прямых эксплуатационных затрат, связанных с содержанием инфраструктуры и работы транспортных средств, ущерба от возможных дорожно-транспортных происшествий и загрязнения окружающей среды.

При этом отмечается, что в зависимости от специфики и уровня социально-экономического развития регионов и муниципальных образований приоритетность целей разработки Документа планирования может изменяться.

Документ планирования предусматривает достижение вышеозначенных целей за счет следующих принципов:

− интеграция градостроительного, социально-экономического и транспортного планирования с учетом прогнозирования изменения транспортного спроса населения;

− разработка конфигурации маршрутной сети должна обеспечивать соблюдение нормативов Социального стандарта и иных локальных нормативно-правовых документов, принятых администрациями регионов и муниципальных образований, согласно которым устанавливаются требования к качеству оказываемых населению транспортных услуг;

− конфигурация развития маршрутной сети должна базироваться на развитости инфраструктуры, наличии, технических и экономических характеристиках транспортных средств, позволяющих выполнять установленное расписание движения общественного транспорта.

Согласно положениям Документа планирования, при проектировании новой маршрутной сети, а также изменении существующей могут использоваться два подхода.

Первый подход подразумевает деление городского общественного транспорта на основные и дополнительные маршруты и состоит из четырех последовательных этапов.

На первом этапе производится деление маршрутной сети на основную и дополнительную. Это необходимо для наиболее рационального использования имеющихся ресурсов. Рекомендуется использовать в качестве основной (хребтовой) маршрутной сети городской электрический транспорт – трамваи и троллейбусы – ввиду их экологичности и меньших эксплуатационных затрат.

На втором этапе, если основой маршрутной сети выбран городской электрический транспорт, необходимо спланировать маршрутную сеть автобусов, поскольку именно этот вид транспорта является наиболее мобильным с позиции провозных способностей.

На третьем этапе необходимо разделить и проанализировать маршруты передвижения пассажиров в зависимости от целей поездок (в первую очередь учебные и трудовые), поскольку именно они создают максимальную нагрузку на городской пассажирский транспорт в «пиковое» время.

На заключительном четвертом этапе сформированная маршрутная сеть усиливается необходимыми маршрутами, позволяющими совершать поездки пассажиров с культурно-бытовыми целями. К ним относятся объекты транспортной инфраструктуры, в первую очередь вокзалы, станции, аэропорты и объекты, имеющие общегородское значение, – рекреационные зоны, медицинские, культурные учреждения, кладбища и т.д. Подобные маршруты составляют дополнительную маршрутную сеть и нередко могут дублироваться основными.

Второй подход подразумевает, что проектирование маршрутной сети является комплексной задачей, которая должна включать в себя пять последовательных этапов (табл. 1).

Таблица 1

Этапы формирования маршрутной сети городского пассажирского транспорта

Рассмотрим подробнее алгоритм формирования маршрутной сети городского пассажирского транспорта по этапам.

На первом этапе создания и построения транспортной модели территория города делится на отдельные сектора, именуемые функциональными зонами:

− селитебная зона – основные жилые микрорайоны города, являющиеся главным объектом транспортного обслуживания;

− промышленная зона – территория, на которой расположены производственные и промышленные предприятия. При планировании маршрутной сети необходимо учитывать специфику пассажиропотоков и прямую связь селитебной и промышленной зон для удобства поездок работников таких предприятий;

− административно-деловая зона – территория, занятая административными и офисными учреждениями. К данной зоне также относятся коммерческие и иные учреждения, не связанные с производством материальных ценностей, например, торгово-развлекательные центры, крупные магазины и т.д.;

− зона культурно-исторических объектов – территория, расположенная, как правило, в центральной части города, на которой расположены учреждения культуры, музеи, театры, библиотеки;

− транспортно-складская зона – территория, занятая складскими комплексами, обеспечивающими жизнедеятельность города, а также крупными транспортными предприятиями, к которым относятся станции, вокзалы, порты, аэропорты и т.д. Такие зоны должны соединяться прямыми маршрутами с центральной частью города, поскольку через них формируются как транзитные, так и внешние пассажиропотоки;

− рекреационная зона – территория, предназначенная для спортивно-оздоровительных мероприятий жителей, к ней относятся парки, стадионы, спортивные комплексы, санатории и медицинские комплексы. При планировании маршрутов необходимо учитывать режим работы вышеуказанных объектов и размещать остановочные пункты в местах формирования пассажиропотоков;

− санитарно-защитная зона – территория, позволяющая снизить вредное воздействие промышленных объектов на экологию селитебной зоны. Площадь санитарно-защитной зоны определяется размером и опасностью промышленной зоны. В этой зоне остановочные пункты транспорта общего пользования, как правило, не предусматриваются.

На втором этапе в каждой из функциональных зон необходимо определить основные места формирования пассажиропотоков, представляющих собой главные, пассажирообразующие, остановочные пункты маршрутной сети, расположенные на улично-дорожной сети, пригодной для движения транспорта общего пользования.

Селитебная зона делится на транспортные микрорайоны, в каждом из которых определяется центр формирования основного пассажиропотока. Площадь каждого транспортного микрорайона рассчитывается исходя из условия пешеходной доступности, которая не должна превышать 0,5 км, при этом обязательным условием является отсутствие естественных и искусственных препятствий (реки, железнодорожные пути, крупные автомагистрали и т.д.).

В промышленной, транспортно-складской и рекреационной зонах центрами формирования основного пассажиропотока являются остановочные пункты маршрутной сети, расположенные в непосредственной близости с проходными предприятиями, главными входами в вокзалы, аэропорты и т.д.

На третьем и четвертом этапах проводится исследование основных пассажиропотоков, выстраивается матрица пассажирских корреспонденций, определяются кратчайшие пути между функциональными зонами. Далее выстраивается транспортная модель с кратчайшими путями следования по улично-дорожной сети, пригодной для движения общественного транспорта. На основании полученных результатов выстраивается базовая маршрутная сеть.

В методике особо отмечается, что основой базовой маршрутной сети должны являться регулярные сквозные маршруты. Чем большее количество остановочных пунктов по трассе следования будет обслуживать один регулярный маршрут, тем меньшее число маршрутов потребуется для формирования маршрутной сети.

В целях повышения качества обслуживания пассажиров при формировании маршрутной сети необходимо ориентироваться на следующие показатели: суммарно затрачиваемое время на поездки пассажиров «от двери до двери», месторасположение и удаленность остановочных пунктов, интервалы движения городского общественного транспорта, средняя заполняемость, количество пересадок при поездках пассажиров и стоимость проезда, безопасность перевозок, комфорт и удобство пользования транспортом и т.д.

Преимуществом предложенной методики Минтранса является ее универсальность. Методика может применяться как при планировании новой, так и при совершенствовании существующей, исторически сложившейся маршрутной сети городского общественного транспорта.

2. Метод детерминации фрактала маршрутной сети.

Ташланов Е.С. и Игнатюгин В.А. [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019) в своей методике рассматривают фрактальные подходы к планированию сети общественного транспорта на примере г. Тюмени.

Авторы придерживаются позиции, что сети общественного транспорта часто подтверждают их фрактальную природу. К главной улице первой категории авторы используют следующие требования:

− наличие центров притяжения пассажиров;

− историческая значимость;

− количество проходящих маршрутов городского общественного транспорта;

− геометрическое расположение улицы.

Для улиц второй и последующих категорий к тем же критериям добавляется критерий присоединения (улицы присоединяются или пересекают главную улицу).

Для города Тюмени оптимальной была выбрана модель маршрутной сети общественного транспорта четырех уровней (рис. 1).

Рисунок 1. Схема сети городского общественного транспорта города Тюмени с разбивкой улиц на четыре уровня

Источник: [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019).

Самый важный критерий значимости – это критерий наличия центров притяжения, формирующий пассажиропоток и образующий центры фрактала последующих шагов.

Авторы считают, что для описания пространства общественного транспорта наиболее подходящим вариантом является фрактал из сетки равносторонних шестиугольников (рис. 2) [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019).

Рисунок 2. Фрактал в виде шестиугольников

Источник: [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019).

При определении ключевых центров притяжения пассажиров необходимо основываться на данных о пассажиропотоках остановочных пунктов. Для этого предлагается использовать комплексную оценку значимости остановочного пункта.

На рисунке 3 представлена значимость остановочных пунктов в виде схемы на карте города Тюмени.

Рисунок 3. Детерминация фрактальной маршрутной транспортной сети г. Тюмени

Источник: [9] (Tashlanov, Ignatyugin, 2019).

3. Метод представления маршрутных пассажирских транспортных сетей в виде графовых моделей.

Ананьева Е.А. в своей методике [¹] (Ananeva, 2019) рассматривает способ представления пассажирских маршрутных транспортных сетей в виде графовых моделей.

Графовая модель представляется в виде четырех уровней:

1. Верхнего. На данном уровне определяются все возможные связи между маршрутами.

2. Точек притяжения. Пассажиропоток отображается в виде начальных и конечных остановочных пунктов со всем множеством связей между ними.

3. Пересадочных узлов. Данный уровень соответствует предыдущему уровню с отличием в том, что отображает все образующие пересадочные узлы остановочные пункты.

4. Детального представления. Содержит все остановочные пункты и маршруты сети, а также вес остановочных пунктов и вес маршрута.

Автор предлагает графовую модель мультимодальной пассажирской транспортной сети (рис. 4), которая соответствует обычной графовой модели транспортной сети, которая дополнена параметром, характеризующим способ сообщения между остановочными пунктами узлов сети и параметром, характеризующим вид транспортного средства.

Рисунок 4. Графовая модель мультимодальной транспортной сети – низкоуровневое представление

Источник: [1] (Ananeva, 2019).

4. Проектирование и оценка транспортной сети и маршрутной системы в городах по методике Булавиной.

В своей методике Булавина Л.В. [2] (Bulavina, 2019) рассматривает комплексный подход к планированию маршрутов городского общественного транспорта с учетом внешних факторов. По мнению автора, для построения эффективной транспортной системы необходимо поэтапное проведение анализа следующих аспектов:

− изучение специфики города – площадь, особенности освоения территории и других факторов, влияющих на существующую структуру транспортного каркаса;

− определение месторасположения основного транспортного узла и анализ удаленности жилых районов от него;

− анализ существующей улично-дорожной сети и ее влияние на построение маршрутов городского общественного транспорта;

− определение требований к транспортной системе города;

− разработка показателей для проектирования различных вариантов транспортной системы города;

− сравнение и оценка эффективности запроектированных вариантов транспортной системы города и сети маршрутов общественного транспорта;

− выбор наиболее оптимального варианта с учетом охвата пассажиропотоков и рационального использования подвижного состава.

Данная методика может применяться при проектировании системы городского пассажирского транспорта с использованием различных видов транспорта различной вместимости и скорости следования как в крупнейших мегаполисах, так и в небольших городах.

5. Метод транспортного зонирования маршрутной сети города.

В исследовании Шарова М.И. и Лебедевой О.А. [10] (Sharov, Lebedeva, 2019) рассматривается влияние транспортного зонирования на функционирование маршрутной сети города. Авторы придерживаются мнения, что стоимость квадратного метра жилья в различных районах города складывается в том числе из транспортной доступности и времени, затрачиваемого на поездки. В исследовании приводятся результаты анализа Bloomberg по соотношению уровня транспортной доступности в районах с высокими/низкими доходами населения и стоимостью жилья. Для проведения подобного рода аналитики, а также наиболее эффективного развития сети городского транспорта может использоваться метод транспортного зонирования.

Под транспортным зонированием рассматриваются территории, схожие по размерам, функциональному использованию (жилые, промышленные, рекреационные и т.д.), обладающие достаточной транспортной и пешеходной доступностью в своих границах.

В исследовании предложен вариант проведения процесса зонирования на примере г. Ангарска, по результатам которого город разделен на ряд «квадратов», именуемых зонами (рис. 5), каждый из которых имеет свои границы и специфику – в первую очередь тип застройки и возможность покрытия одной зоной сразу нескольких кварталов или отдельных микрорайонов.

Рисунок 5. Зонирование на примере г. Ангарска

Источник: [10] (Sharov, Lebedeva, 2019).

Далее необходимо провести анализ каждой зоны и определить транспортную доступность и временные затраты на передвижение в ней. В своем исследовании авторы делят город на три группы: зоны с высокой транспортной доступностью (до 14 мин.), средней (от 14 до 17 мин.) и низкой доступностью (свыше 17 мин.). Авторы делают вывод, что с удалением от центральной части города с зонами высокой транспортной доступности расходы на поездки увеличиваются, при этом стоимость квадратного метра жилья постепенно снижается.

Данная методика может использоваться как эффективный инструмент анализа городской территории, позволяя сделать вывод о проблемах транспортной доступности в отдельных микрорайонах. Транспортное зонирование необходимо учитывать при планировании и оптимизации сети городского транспорта: как при прокладывании новых, так и при изменении существующих маршрутов для повышения качества обслуживания пассажиров за счет сокращения их времени на передвижение.

6. Метод планирования развития маршрутной сети с применением IT-технологий.

Носов А.Л. [4] (Nosov, 2018) рассматривает использование программного комплекса PTV Vision® VISUM для построения модели маршрутной сети городского общественного транспорта для среднесрочного и долгосрочного транспортного планирования и прогнозирования пассажирских и транспортных потоков.

В работе детально рассматриваются:

− оптимизация маршрутной сети;

− алгоритм построения транспортной модели;

− процесс создания модели сети.

В исследовании предложен вариант построения модели на примере г. Кирова. Отправной точкой планирования является определение значения полезности (затрат), которая выражает реакцию участников движения на соотношение параметров дистанции и времени. Далее в программе PTV Vision® общий спрос (суммарная матрица корреспонденций) распределяется на отдельные транспортные режимы.

На втором этапе исследования рассчитывается функция полезности (затрат) на основании обработки данных распределения мест жительства и мест труда.

Далее осуществляется моделирование маршрутной сети, которое позволяет оценить нагрузку на маршрутную сеть и сопоставить ее с полученными в результате исследований данными.

Далее проводится исследование возможности перераспределения движений по маршрутам и оценка изменений в показателях качества маршрутной сети.

Использование специализированного программного обеспечения облегчает и ускоряет получение результатов, визуализирует процессы и дает возможность выбора вариантов и верификации результатов.

Заключение

Развитие организации планирования развития городской маршрутной сети будет зависеть от надлежащих теоретических методик и передового практического опыта. Сбалансированная система планирования и развития транспортно-пересадочных узлов будет способствовать повышению мобильности населения и эффективности использования общественного транспорта.

Большую роль в городской маршрутной сети в современных условиях играет наука. Это, прежде всего, связано с разработкой новых технологий, а также усилением технических возможностей моделирования. Без внедрения достижений научно-технического прогресса невозможно решать важные проблемы, связанные с повышением эффективности организации планирования развития городской маршрутной сети.

В статье рассмотрены основные передовые методики планирования и разработки маршрутных сетей городского пассажирского транспорта. Преимущества представленных методик обусловлены их универсальностью – они могут применяться как в мегаполисах, так и в небольших городах с уникальными характеристиками – численностью населения, схемами улично-дорожной сети, точками формирования и притяжения пассажиропотоков, позволяя улучшить качество организации городских пассажирских перевозок и повысить их безопасность.

Основными выявленными проблемами в организации планирования развития городской маршрутной сети является многофакторность причин, влияющих на эффективную работу сетей, необходимость их выявления и глубокого всестороннего исследования, а также отсутствие единой методологии и алгоритма планирования, который бы позволял учитывать и использовать передовой опыт. Дальнейшее исследование и обобщение передового зарубежного опыта организации планирования развития городской маршрутной сети позволит выработать единую универсальную технологию, которая позволит учитывать максимальное число факторов и обеспечить высокую эффективность городской маршрутной сети.