Содержание к диссертации
Введение
1. Методологические принципы создания систем управления парковочным пространством в городах
1.1. Особенности формирования систем управления парковочным пространством в городах
1.2. Анализ эффективности существующих методов управления при обеспечении функционирования дорожно-транспортной инфраструктуры в крупных городах
2. Моделирование управления парковками в общей системе организации движения в городах
2.1. Применение моделей "спрос-предложение" при планировании спроса на парковки
2.2. Методические принципы определения потребности в уличных парковках
- Особенности формирования систем управления парковочным пространством в городах
- Анализ эффективности существующих методов управления при обеспечении функционирования дорожно-транспортной инфраструктуры в крупных городах
- Применение моделей "спрос-предложение" при планировании спроса на парковки
- Методические принципы определения потребности в уличных парковках
Введение к работе
Актуальность темы. Анализ современного состояния транспортной инфраструктуры городов, системы организации дорожного движения, научных исследований в области организации дорожного движения показывает высокую актуальность научного направления, связанного с разработкой развития и управления пар ковочными системами. В последние годы особое внимание уделялось диспропорции между темпами развития автомобилизации и темпами развития дорожной сети, однако дефицит парковочного пространства в городах выдвигает на одно из центральных мест в транспортных проблемах городов задачу комплексного решения управления парковками. В городах России обеспеченность местами для хранения автомобилей по месту проживания населения составляет в среднем
35 - 40 %, а обеспеченность местами для парковки автомобилей у объектов тяготения в среднем не превышает 25 % от требуемого количества. Ситуация осложняется бесконтрольной парковкой транспортных средств, в связи с чем проезжая часть большинства улиц в центральной части городов используется для движения только на 30 - 50 %, а это в свою очередь приводит к соответствующему снижению пропускной способности улично-дорожной сети.
Несмотря на повышение активности при создании парковочного пространства, многие теоретические и прикладные задачи построения, функционирования и оценки эффективности управления парковками не решены на системном уровне. С позиций системного подхода требуется рассматривать задачу управления парковками во взаимосвязи с организацией дорожного движения и автомобильных перевозок с учетом ограничений в рамках транспортного планирования. Как и большинство задач организации дорожного движения, управление парковками требует использования системного подхода для нахождения баланса между противоречивыми целями участников движения. Необходимо осуществлять координацию мероприятий по развитию парковочного пространства с задачами управления транспортным спросом, ограничения доступа в перегруженные центры городов, развития системы общественного транспорта. Рациональная организация парковок является одним из ключевых факторов изменения поведения при выборе способа поездки на городской территории.
Поэтому актуальной является разработка системных концепций, в основе которых лежит моделирование дорожного движения, определение граничных условий для смены вида передвижений, определение спроса на парковки, дифференциация функционирования парковок в зависимости от прогнозной длительности парковки.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности функционирования автомобильных парковок.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: - выявить основные теоретические и методологические подходы к разработке проектов организации и управления автомобильными парковками в общей системе организации дорожного движения;
- провести экспериментальные исследования организации дорожного дви
жения и параметров автомобильных парковок на улично-дорожной сети Рос
това-на-Дону;
разработать совокупность различных по функциональному назначению моделей функционирования автомобильных парковок: модели влияния уличных парковок на условия дорожного движения, модели «спрос-предложение» для планирования спроса на парковки, имитационные модели парковочных процессов;
на основе разработанных моделей и реальной информации осуществить оценку вариантов функционирования автомобильных парковок.
Объектом исследования в диссертационной работе являются автомобильные парковки.
Предметом диссертационного исследования выступают процессы функционирования автомобильных парковок в крупных городах.
Теоретическую и методологическую основу диссертации составили результаты отечественных и зарубежных теоретических и прикладных исследований в области организации дорожного движения, транспортного планирования, математического моделирования процессов функционирования парковок.
Научная новизна работы:
- обоснованы основные направления развития систем управления автомо
бильными парковками в городах и системные требования к формам их инте
грации в комплексе мероприятий по организации движения и перевозок;
- предложено применение моделей прогнозирования транспортного спроса
при планировании развития парковок, оценке функционирования парковок в
транспортных коридорах с учетом совокупности технических и экономиче
ских факторов;
- сформированы методические рекомендации и модели для определения
потребности в уличных парковках и размещения парковок в системе «пар
куйся и езжай» с учетом состояния транспортного потока на соответствую
щих участках улично-дорожной сети;
- путем факторного анализа получены зависимости, которые позволяют на
основе совокупности таких переменных, как емкость парковки, фактическая
загрузка парковки, среднее время парковки, наличие автобусных маршрутов
в зоне парковки, проводить комплексный анализ различных ситуаций;
- разработаны имитационные модели функционирования автомобильных
парковок для различных типов вероятностных распределений прибытия ав
томобилей на парковку и времени нахождения на ней.
Практическая ценность работы
Практическую значимость выводов, рекомендаций и результатов диссертационного исследования составляют:
- методические принципы развития парковочного пространства в городах;
- научно обоснованные рекомендации по интеграции автомобильных пар
ковок в систему организации дорожного движения и перевозок на улично-
дорожной сети городов;
- комплекс математических моделей для прогнозирования вариантов функ
ционирования автомобильных парковок в крупных городах.
Результаты диссертационной работы используются в МУ «Департамент автомобильных дорог и организации дорожного движения» администрации г. Ростова-на-Дону при разработке и реализации комплексной схемы организации дорожного движения в Ростове-на-Дону.
Научно-методические положения диссертации используются в учебном процессе при подготовке специалистов по организации дорожного движения в Ростовском государственном строительном университете.
Апробация результатов исследования
Основные научные положения и результаты диссертационного исследования доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях «Строительство», Ростов-на-Дону, 2008 -2011гг., Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса», Орел, 2011 г., Международном российско-германском семинаре по современным методам организации дорожного движения, Ростов-на-Дону, 2008 г.
Публикации
По результатам диссертационного исследования опубликовано 9 научных работ объемом 2,5 печатных листа, из которых 4 («Вестник ТОГУ», «Инженерный вестник Дона») в изданиях, входящих в утвержденный перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы. Общий объем диссертации составляет 169 страниц машинописного текста, включающего рисунки и таблицы. Библиография содержит 107 наименований, включая 43 источника на иностранном языке.
Особенности формирования систем управления парковочным пространством в городах
Особенностью развития транспортных систем на современном этапе является преобладание интеграционных тенденций, создание сложных систем, включающих системы управления движением, транспортные информационные системы, системы управления парковками, которые функционируют на единой информационной базе. Этот процесс интеграции объективно приводит к повышению эффективности управления движением, однако одновременно необходимо реально создать условия для оптимального взаимодействия этих систем, учесть влияние факторов внешней среды и обеспечить системную интеграцию.
Процессы интеграции в настоящее время определяют и условия функционирования улично-дорожной сети крупных городов. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что эффективность транспортных систем городов может быть значительно повышена за счет внедрения комплексных систем управления в дорожно-транспортном комплексе. В целом ряде крупнейших городов в течение длительного периода времени формировались комплексные системы управления на транспорте. В конечном счете, эти системы стали основой для создания Интеллектуальных транспортных систем, которые позволили разработать рациональные структуры управления, создать единые информационные базы данных, оптимизировать размещение объектов транспортной инфраструктуры и обеспечить эффективное выполнение функций по управлению парковками [9, 10,29]. Автомобильный транспорт является одним из стратегически важных элементов в инфраструктуре современных городов. Традиционно формирование систем управления на транспорте осуществляется путем создания соответствующей инфраструктуры, информационного обеспечения транспортных систем. Анализ этих направлений показывает, что одним из наиболее актуальных направлений является информационное обеспечение транспортных процессов. Это объясняется тем, что во многих случаях нарушаются требования системного подхода и реализуются локальные организационно-технические решения, в том числе при создании систем управления парковками. Ключевым условием устранения этого противоречия и координации локальных решений является создание общего информационного пространства.
Целью создания интеллектуальных транспортных систем является оптимизация и координация всех функций при управлении дорожным движением. Для достижения этой цели система должна выполнять такие основные функции, как планирование и управление пассажирскими и грузовыми перевозками; управление автомобильными парковками всех видов и доступом в центральную часть города, управление дорожным движением, осуществление электронных платежей на транспорте.
Характеризуя особенности функционирования городских транспортных систем можно отметить, что подобная система представляет собой комплексную систему управления, создаваемую на базе расширенной технологической платформы мониторинга транспортных потоков и транспортного планирования.
Наиболее важные задачи, которые решаются в процессе развития парковочного пространства в рамках единой системы управления дорожным движением, можно представить на двух уровнях - локальном и системном. Эти преимущества формулируются следующим образом.
На локальном уровне: - расширение подсистемы мониторинга характеристик транспортных потоков, особенно в центральном деловом районе в целях обеспечения функционирования системы управления доступом в этот район в режиме реального времени; - уменьшение вероятности возникновения заторовых ситуаций, снижение уровня токсичных выбросов за счет снижения объемов движения, развития общественного транспорта, автомобильных парковок; - повышение безопасности движения и транспортной безопасности; - создание возможностей для расширения транспортного сервиса; - повышение уровня информационного обеспечения участников дорожного движения; - стимулирование производственных, торговых и сервисных предприятий к рациональному использованию парковочного пространства. На системном уровне: - создание стимулов для развития рынка современных технологий управления движением посредством реализации пилотных проектов, оценки их эффективности; - формулирование типовых методических принципов и рекомендаций на институциональном и организационном уровнях для обеспечения успешного внедрения и эффективного функционирования интеллектуальных транспортных систем;
Анализ эффективности существующих методов управления при обеспечении функционирования дорожно-транспортной инфраструктуры в крупных городах
Для последовательного выполнения этих этапов необходимо, прежде всего, провести анализ подходов к оценке соответствия между транспортной подвижностью населения и спросом на стоянки. Это совершенно не та ситуация, когда руководствуются различными нормативными документами при определении емкости парковок для определенных объектов притяжения. Необходимо иметь базовые аналитические зависимости, которые позволяли бы дифференцированно прогнозировать размещение парковок в транспортных коридорах с учетом совокупности технических и экономических факторов. Подобные зависимости позволяют оценивать эффективность альтернативных вариантов развития транспортной инфраструктуры городов и управления перевозками и движением.
Выбор вида и структуры поездки в странах с рыночной экономикой и высоким уровнем автомобилизации определяется каждым пользователем с использованием различных оценочных показателей, которые в конечном счете сводятся к затратам на поездку. Каждый участник транспортного процесса несет затраты на поездку и допустимый размер этих затрат определяется выгодой, связанной с совершением поездки, доступностью альтернативных вариантов совершения поездки и затратами для этих вариантов. Таким образом, загрузка различных элементов транспортной инфраструктуры, в том числе парковок, будет определяться на основе закономерностей между спросом и предложением [72, 73, 88, 99].
Все участники дорожного движения, пользователи транспортной инфраструктуры оценивают необходимость выполнения поездки, ее продолжительность, соотношение между доходами от поездки и затратами на ее осуществление различным образом исходя из собственной шкалы приоритетов. Поэтому потребность в осуществлении поездок также будет изменяться. При ухудшении условий движения, возникновении заторовых ситуации и, следовательно, при возрастании затрат, число пользователей в это время и на этом направлении будет снижаться. При сокращении затрат на поездку в этом транспортном коридоре будет выполнено большее количество поездок. В соответствии с этими представлениями можно использовать следующую зависимость между предельной выгодой и спросом на использование объектов дорожной инфраструктуры [11, 50, 75, 82, 87].
В то же время каждый участник транспортного процесса несет не только затраты на осуществление поездки, но и извлекает выгоду от поездки. Следовательно, каждый участник дорожного движения стремится достигнуть максимальной выгоды от поездки с учетом затрат на поездку и доходов, которые он получит при совершении этой поездки. Это условие формализуется в общем виде следующим образом тах(р-с), (2.1) где р - доходы от поездки; с - затраты на поездку; m - виды затрат в структуре поездки (индивидуальный транспорт, парковка, общественный транспорт и т.д.).
Таким образом, каждый участник дорожного движения формирует параметры и структуру своей поездки максимизируя разность между за тратами на поездку и доходом. Поэтому современные информационные транспортные системы представляют каждому пользователю полную ин формацию по различным вариантам поездки - расстояние, время, затраты. С другой стороны, очевидно, что изменяя затраты на различные этапы по ездки можно достигнуть изменения поведения пользователей объектами транспортной инфраструктуры. Каждый из участников дорожного движе ния будет принимать решение в зависимости от соотношения между про гнозируемыми доходами и расходами. В связи с этим для определенных категорий участников движения изменение затрат на каком-либо участке транспортной системы не окажет влияния на выбор поездки, но может из менить поведение других участников движения. Такие участники движе ния могут изменить вид транспорта, отказаться от услуг парковки, изме нить время поездки. Для каждой категории участников движения суще ствует порог чувствительности, поэтому необходимо рассматривать вари анты с различной величиной изменения затрат на поездку p-(c + Ac) pw, (2.2) где Ас - изменение затрат на поездку по сравнению с существующими условиями; pw - допустимый уровень выгоды от выполнения цели поездки. Необходимо понимать, что определенный уровень порогового значения Ас может привлекать или отсекать определенных участников движения от использования конкретных вариантов поездки. Следовательно, при определенном уровне Ас возможны следующие варианты: - повышение затрат на поездку на величину Ас не оказывает влияния на участников движения изменить что-либо в структуре и времени поездки; - повышение затрат на поездку на величину Ас приводит к тому, что определенная категория пользователей изменяет структуру поездки; - повышение затрат на поездку на величину Ас приводит к тому, что определенная категория пользователей изменяет время поездки; . повышение затрат на поездку на величину Ас приводит к тому, что определенная категория пользователей отказывается от поездки; На основе уравнения 2.2. можно в совокупности рассчитывать различные граничные варианты в транспортной системе для всех участников дорожного движения по так называемой функции обратного спроса
Применение моделей "спрос-предложение" при планировании спроса на парковки
Для того чтобы решить задачу оптимального использования притро-туарных парковочных мест необходимо определить уровень транспортного спроса в данной зоне, а также спрос на парковки и возможные сценарии влияния на спрос на парковки. Транспортный спрос зависит от затрат на поездку, которые в целях исследования данного вопроса можно разделить на три составляющие - затраты непосредственно на движение по данному маршруту, затраты на поиск места парковки, затраты на парковку. Соответственно необходимо определить количество автомобилей в каждой из этих групп: объем движения автомобилей, проходящих этот район без остановки, объем движения автомобилей, курсирующих в этом районе в поисках свободного места парковки, количество припаркованных автомобилей.
В работах [64, 66, 103] предлагается использовать эти показатели как удельные, приведенные к площади рассматриваемой территории. Поскольку рассматриваются процессы парковки автомобилей, то для идентичности показателей транспортной нагрузки необходимо использовать плотность автомобилей. Плотность автомобилей, проходящий заданный район без остановки определяется разностью между входящим и выходящим транспортным потоком K Kin-Kout (2.5) При полной занятости уличных парковок количество автомобилей, движущихся в поисках парковки, будет равно разности между выходящим потоком и уменьшением числа автомобилей в поисках парковки где Кс - количество автомобилей, движущихся в поисках парковки; s - расстояние, проходимое в среднем каждым автомобилем в заданном районе до пункта назначения; / - удельное время поездки. Особенно важно в современных условиях использовать при моделировании данные об автомобилях, движущихся в поисках свободного места парковки, поскольку это влияет на загрузку улично-дорожной сети. В таблице 2.1 приведены соответствующие данные по некоторым городам.
Ct - денежный эквивалент времени поездки; tp - время парковки; Pi - плата за парковку. Можно выделить две типичные ситуации, существующие на улично-дорожной сети городов. Первый режим принято относить к насыщенному парковочному режиму. В этом случае все уличные парковочные места постоянно заняты и автомобили движутся в заданном районе в поисках освобождающихся парковочных мест. Очевидно, что этот режим рассматривается первым ввиду более полной определенности ситуации. Второй режим относится к ненасыщенному состоянию уличных парковочных мест. При таком состоянии существуют свободные места для парковки и автомобили не тратят времени, чтобы найти место парковки.
При первом режиме освободившиеся парковочные места немедленно занимаются автомобилями, курсирующими в поисках места парковки. При таком режиме все парковочные места являются занятыми в любой момент времени, поскольку по допущению освободившееся на парковке место сразу же занимается другим автомобилем из категории автомобилей, курсирующих в поисках парковки. Наиболее важной является описание неопределенной ситуации с количеством автомобилей, курсирующих в поисках парковки. Изменение объема автомобилей, курсирующих в поисках парковки равно разнице между числом автомобилей, пополняющих эту группу и числом автомобилей, припарковавшихся в данный период времени, а количество припаркованных автомобилей является постоянным.
При первом режиме состояние загрузки улично-дорожной сети района и уличных парковок описывается следующими уравнениями
При ненасыщенном парковочном режиме существуют свободные места для парковки и занятость парковок изменяется, поэтому состояние улично-дорожной сети можно характеризовать следующими уравнениями
Изменение числа автомобилей, курсирующих в поисках парковки в зависимости от транспортной нагрузки DQ- спрос недостаточен для насыщенного состояния, нет автомобилей, курсирующих в поисках парковки;
Е] - точка равновесия при нормальных условиях движения; 2 - точка равновесия при сложных условиях движения; /)з" улично-дорожная сеть находится в заторовом состоянии. Рассмотрим на рис. 2.5 возможные ситуации при различном сочетании нагрузки, занятости парковочных мест, объема автомобилей, курси 54
рующих в поисках парковки. Если отсутствуют автомобили, движущиеся в поисках парковки, D=DQ И КС=0 ТО линия спроса лежит левее кривой поиска автомобилей в парковке и парковочный режим является ненасыщенным. При уровне транспортного спроса D\ и D2 существуют равновесные состояния, но при различной доле автомобилей, курсирующих в поисках парковки. При уровне транспортного спроса D возникает ситуация, когда также отсутствуют автомобили, курсирующие в поисках парковки, но это вследствие полного затора.
Чрезвычайно важно определить условия различных равновесных состояний. Оптимум с точки зрения учета потерь общества определяется исходя из того, что общественные выгоды являются максимальными, а это возможно при следующем условии
Это достигается при минимальных затратах на поездку при отсутствии автомобилей курсирующих в поисках свободного места парковки и соответствующей транспортной нагрузке и при выполнении следующего условия для (2.13) режим и плата за парковку с учетом полной загрузки парковок и транспортного спроса
Однако оптимум с учетом издержек общества достигается при пересечении предельной общественной стоимости с кривой транспортного спроса. При отсутствии автомобилей, курсирующих в поисках свободного места парковки, уровень равновесного насыщения наступает при пересечении кривой спроса с линией пропускной способности парковок (точка Е). Соответствующая этому состоянию стоимость парковки состоит из двух основных компонентов. Первый компонент это разница между предельными издержками общества и предельными издержками участника движения, что составляет внешние предельные издержки заторов. Вторая составляющая включает внешние издержки за парковку. Поэтому общественная выгода при этом уровне пропускной способности парковок определяется областью под кривой спроса до уровня пропускной способности парковок за вычетом области под линией уровня предельных издержек пользователя.
Методические принципы определения потребности в уличных парковках
Несоответствие габарита проезжей части моста существующей интенсивности движения приводит к снижению скорости, в особенности в утренние и вечерние периоды "пик" до 15-20 км/час, заторам, повышенной аварийности, неблагоприятной экологической обстановке.
Совмещение и без того загруженной центральной магистрали с одним из главных въездов в город приводит к практически постоянной востребованности данного направления, в результате чего интенсивность движения по пр. Ворошиловскому практически не имеет существенных колебаний внутрисуточной неравномерности в пределах светового дня (рис. 3.6).
Анализ суточного распределения транспортной нагрузки на основных магистральных направлениях центральной части не позволяет выявить ярко выраженные периоды пиковой нагрузки, т.е. порядка 8-9 часов в день улицы центра города работают на пределе своей пропускной способности.
По пр. Шолохова, в отличие от пр. Ворошиловского, проблемными в части пропускной способности являются узлы пересечений с 14-й линией и пр. Театральным. Более благоприятная транспортная ситуация по пр. Шолохова имеет место вследствие наличия меньшего, по сравнению с пр. Ворошиловским, количества регулируемых пересечений, значительно большей длины перегонов и организации 6-полосного движения на наиболее загруженном участке - от пл. Октябрьской до пл. Энергетиков.
Таким образом, именно центральная часть города, имеющая наибольшее количество пунктов притяжения транспорта, мест приложения труда и мест массового отдыха горожан берет на себя сегодня главную транспортную нагрузку и, соответственно, является источником и местом возникновения основных транспортных проблем.
Такая ситуация во многом обусловлена ограниченным количеством въездов в центральную часть, что, в свою очередь, связано с наличием железнодорожной ветки, обслуживающей основное направление "Ростов-Москва" и фактически перерезающей город пополам с востока на запад.
При этом в направлении движения "север-юг" имеется всего три ж/д пересечения в разных уровнях - по ул. Нансена с пр. М. Нагибина и ул. Стадионной и по ул. Менжинского с ул. В. Пановой, а также два переезда в одном уровне - по ул. Нансена с ул. Мечникова и пр. Театральным.
При этом, как на переездах в одном уровне, так и сквозных магистралях в утреннее и вечернее время образуются транспортные заторы.
Учитывая недостаточные значения плотности и крайне высокие пиковые значения интенсивности движения транспорта, магистральная улич-но-дорожная сеть характеризуется предельными значениями коэффициента загрузки. Пиковые значения интенсивности движения транспорта (в приведенных единицах) и коэффициента загрузки основных транспортных магистралей приведены в табл. 3.2. Таблица 3.2. Интенсивность движения транспорта и уровень загрузки основных транспортных магистралей города
В пиковые периоды практические все основные магистрали города работают на пределе своей пропускной способности. Утром и вечером в город въезжает и выезжает порядка 18 тыс. автомобилей в час. При этом нагрузка на въезды в центральный деловой район в два раза выше - порядка 36 тыс. авт./час. Формирование транспортной нагрузки на въездах в город приведено на рис. 3.7, в центральной части города - на рис. 3.8. Родионо-Несветаевск (ул. Особенная)
С учетом сложившихся архитектурно-планировочных особенностей, низкой плотности магистральной улично-дорожной сети и значительно возросшего уровня автомобилизации в условиях отсутствия достаточного количества парковочных мест необходимость решения проблемы организации хранения и отстоя транспорта на территории города приобретает первоочередное значение.
Массовые несанкционированные парковки индивидуального транспорта вдоль проезжей части, в т.ч. в зоне действия запрещающих знаков, вызванные отсутствием обособленных мест стоянки (особенно в центральной части) способствуют возникновению заторовых ситуаций. При этом организация торговых центров, оптовых и мелкооптовых баз и складов в центральном деловом районе города, определяющим образом влияющих на формирование и изменение пассажирских корреспонденции, в значительной степени способствует притяжению легкового и грузового транспорта.
Резкое увеличение объёмов строительства, уплотнение зон застройки обостряют проблему парковок и стоянок индивидуального транспорта, а многолетняя практика организации длительного хранения транспорта в одноэтажных наземных гаражах и на открытых автостоянках не способствует эффективному использованию земельных ресурсов.
При сохранении наметившейся тенденции резкого роста уровня автомобилизации недостаточное внимание к решению проблем хранения и отстоя транспорта уже через несколько лет приведет к существенному усугублению транспортной ситуации.
