Имя материала: Моделирование экономических процессов

Автор: Власов М. П.

8.4. моделирование пропускной способности транспортной сети

До самого последнего времени экономическое обоснование реконструкции и строительства автомобильных дорог производилось на основе прямого расчета грузовых потоков между населенными пунктами, а пассажирские потоки брались коэффициентом от грузового движения, возрастающего по мере автомобилизации. Однако после того как потоки легковых автомобилей на подходах к городам стали преобладающими, старый метод оказался совершенно непригодным. В этих условиях наиболее адекватными становятся методы косвенного расчета, которые для городского движения применяются уже сто лет и, тем не менее, недостаточно известны.

Совершенствование этих методов относится к эпохе начала строительства и эксплуатации трамваев и метрополитенов. Пожалуй, передовыми для своего времени были расчеты будущего движения в транспортных схемах Филадельфии (1912 г.) и Большого Нью-Йорка (1925 г.). Схемы выполнялись в составе генеральных планов этих городов, а движение охватывало все виды транспорта, включая, естественно, автомобильный. Основной идеей косвенного расчета было использование гравитационной аналогии в виде вероятностной интерпретации, получившей впоследствии наименование обобщенной гравитационной модели.

Исследование закономерностей городского движения с помощью косвенного моделирования применялось и в Санкт-Петербурге еще в начале XX века, а уже к началу 30-х годдв в СССР возникла первоклассная школа теоретиков, прежде всего, А. X. Зильберталя, Г. В. Ше-лейховского, А. М. Якшина. Их разработки до сих пор слабо известны за рубежом. В СССР подобные подходы начали применяться в начале 30-х годов XX века для городов с большим новым промышленным и жилищным строительством в Украине и на Урале, затем в генеральных планах Москвы и Ленинграда.

После введения в оборот энтропийной аналогии для городского транспортного движения с 1967 года косвенные методы расчета стали преобладающими. Общими недостатками такого типа расчетов, выявившихся после более чем их 30-летнего применения, является отсутствие:

сравнения запроектированного и реального развития;

выявления ошибки прогноза за счет стохастического характера исходных данных или за счет неадекватности применяемого метода расчета.

Перспективные расчеты будущих транспортных потоков на дорогах и улицах за пределами 10-летнего периода в практике технико-экономических обоснований во многом расходились. Это мало кого удивляло, ибо считалось, что предприятия дали недоброкачественную исходную информацию на перспективу, население росло непредвиденными темпами, материальный уровень не соответствовал первоначальной гипотезе и т. п. В городах и городских агломерациях такого типа отклонения стали не единичными явлениями, а правилом. Поэтому в современных условиях нестабильного и скачкообразного развития стали использовать практику непрерывного перспективного планирования и прогнозирования. При таком подходе существующие потоки берутся за исходную базу, а перспектива разрабатывается в виде беспрерывной погодовой корректуры в зависимости от происходящих изменений в экономике и социуме. При такой технологии процесс анализа и прогноз транспортных потоков превращаются в единый процесс.

Наиболее существенной стороной принципов моделирования передвижений населения и грузов является содержательный и формальный, статичный и динамический подходы. Классификация всего многообразия существующих моделей движения представлена в хронологической последовательности появления идей и модельных построений:

1840 год — рациональные принципы общежитейского характера (так называемого «здравого смысла»);

1850 год — принципы формальных аналогий с закономерностями из других областей знания;

1875 год — содержательные принципы использования конкретных закономерностей собственно движения населения и грузов (устойчивость их параметров, тенденций, взаимосвязей);

1890 год — содержательный принцип динамической связности одновременно происходящих явлений;

1898 год — формальные вероятностные дедуктивные принципы;

1925 год — переложение прежних аналогий из физики на вероятностный язык (в частности, гравитационной модели);

1929 год — формальные принципы аппроксимации, типа множественной регрессии;

1939 год — вероятностная модель последовательных возможностей;

1954 год — статистический принцип факторов роста;

1957 год — формальный оптимизационный подход;

1961 год — вероятностная модель конкурирующих возможностей;

1967 год — формальные модели максимизации энтропии;

1998 год — содержательная модель, использующая устойчивость распределения суммы всех корреспонденции по времени передвижения как результат пространственной самоорганизации населения.

Дальнейшее развитие моделирования городских транспортных потоков движения происходит в нескольких направлениях:

а)         использование новейших методов анализа временных рядов

с помощью скользящего спектрально-временного анализа

(так называемые СВАН-диаграммы);

б)        адаптация стандартных табличных процессоров для расчета

матриц корреспонденции и других характеристик движения

с помощью агрегации исходных данных и применения раз-

личных конкретных моделей;

в)         использование в моделях закономерностей, выявленных за

последние сорок лет, в частности, пространственной самоор-

ганизации населения и характеризующих ее параметров;

г)         использование процедур обработки экспертных оценок;

д)        создание адекватных моделей укрупненного или косвенного

расчета основных характеристик.

Из предыдущего изложения становится ясным, что физико-механические аналогии для городского движения по большей части уже исчерпали себя. Нужен был подход, черпающий идейную основу непосредственно из закономерностей взаимодействия населения, производства с транспортными потоками. Главным здесь является установление вида обратной связи или реакции пространственно размещенных объектов на подвижки в транспортном обслуживании: начертании сети, ее мощности (пропускная и провозная способность, скорость движения, надежность и регулярность сообщения, комфортность и безопасность транспортировки).

Изучение подобного типа закономерностей началось исподволь еще в XIX века. Пожалуй, первой работой можно назвать исследование И. Тюнена (1826), в котором устанавливался вид экономического ландшафта под влиянием транспортных путей. Дальнейшим значительным продвижением явилась работа Л. Лаланна (1862), в которой транспортный инженер-практик выявил, что опорные центры для проектируемой железнодорожной сети располагаются в узлах шестиугольной сетки. Это открытие было затем в XX веке неоднократно переоткрыто и развито — В. Кристал-лер (1933), А. Леш (1956) и др.

С другой стороны, параллельно, но примерно с 20-летним лагом шло изучение собственно транспортных потоков. Главным с точки зрения рассматриваемой темы здесь явился вид распределения величины транспортных объемов, длины перемещений, интенсивности движения. Во всех этих распределениях обнаружился одинаковый вид функции, который в дальнейшем стал описываться двухпа-раметрическим логнормальным законом распределения вероятностей. Это нелинейная зависимость, по существу, демонстрировала необходимость отхода от простых линейных или близких к линейным зависимостям, которые в основном широко использовались до этого в транспортных исследованиях и расчетах. Отчетливо обнаруживался сложный и слабо предсказуемый вид обратной связи. В этом смысле можно сказать, что транспорт, как и в случае с моделями линейного программирования в конце 30-х — начале 40-х годов XX века, явился опытной базой для возможного продвижения в создании сложных синергетических моделей современного типа.

Одновременно с чисто транспортными закономерностями обнаружилось, что в совершенно другой области — географии населения — аналогичный вид имеют зависимости распределения населенных пунктов по их людности. Это открытие слабо увязывается с бытующими до сих пор схемами шестиугольной сетки и практически не используется ни в научных, ни в практических работах. Одинаковый вид транспортных и расселенческих явлений однозначно говорит об одинаковой их природе. Наиболее просматриваемая версия состоит в том, что в замкнутых фигурах нарастание площади по расстоянию относительно ее центра происходит по нелинейному закону с модой и положительной асимметрией.

Еще одним направлением, которое уже вроде бы совершенно находится в стороне от транспорта, но также обнаружило тот же тип распределения, явилась дифференциация населения по денежному доходу. В 60-х годах исследователи аппроксимировали распределение по доходу логнормальным распределением вероятностей, сначала двухпараметрическим, затем уже в самое последнее время трехпардметрическим.

Таким образом, получается некоторый ансамбль явлений, описываемых одинаковым типом нелинейного распределения: транспорт — население — населенные пункты — материальный уровень населения. Не хватало некоторой существенной детали, чтобы проникнуть в объединительный механизм появления одинакового типа этих распределительных закономерностей. Гипотетически это может быть закономерность пространственного распределения объектов и их связей более высокого уровня — типа изоморфизма территориальной организации. По пути поиска пространственного изоморфизма в развитии транспортных сетей на любом уровне иерархии (город, агломерация, региональная система, страна) и любых видов сухопутного транспорта пошел С. А. Тархов, который в цикле работ с конца 70-х годов обнаружил конфигурационную (топологическую) последовательность развития транспортных сетей.

Автор, в частности, рассматривал не геометрические формы транспортных сетей, а их пространственно-временные закономерности, считая, что основным назначением транспорта является, в конечном счете, достижение определенного уровня времени сообщения. Меняется в историческом плане размещение объектов, их величина и меняется скорость сообщения. Феномен, открытый на этом пути, заключался в том, что длина перемещения и скорость в усредненном измерении меняются синхронно, а время сообщения остается примерно постоянным. Явление это было названо пространственной самоорганизацией населения, а рассматриваемый феномен соответственно ее константой. Это явление было открыто сначала для городов и их пригородных зон, а в последующем подтверждено независимыми работами как отечественных, так и зарубежных исследователей и практиков. К тому же этот результат координировался с закономерностью устойчивости так называемой часовой подвижности населения в дальнем сообщении, выявленной Фридменом (1955) и подтверждений Л. И. Василевским (1962). Затем найденная константа была распространена на системы расселения и хозяйства более высокого уровня иерархии. Характерно, что тип распределения времени сообщения при любом уровне иерархии сохранялся неизменным, скачком менялся только масштаб, в итоге получился взаимосвязанный ряд таких констант. Отсюда вся территориальная картина общества просматривается в виде подобия пространственно-временных структур или их изоморфизма. Таким образом, были структурированы, с одной стороны, пространственно-временной изоморфизм, с другой стороны, конфигурационный изоморфизм, реализуемый в историческом плане.

Проектировщики транспортных систем находят оптимальные решения по критериям протяженности, стоимости, времени движения. Когда определяется принципиальный диапазон существования системы на основе закономерностей взаимодействия факторов развития, в его пределах можно выбирать рациональные, оптимальные и всякие другие решения. Они во всех случаях при полной гарантии не приведут к разрушению самоорганизующейся системы. Проектные решения, таким образом, будут вписаны в долговременные закономерности.

Для полной конкретизации описания транспортных связей и пассажирских потоков в городе при заданной системе расселения — размещения используется детальное описание транспортной сети города в виде графа с достаточно большим количеством вершин и дуг. Емкости источников и стоков транспортных корреспонденции «привязываются» к соответствующим вершинам графа. «Географические» расстояния г,- • заменяются кратчайшими по сети. Наложение разных корреспонденции на одну и ту же дугу графа определяют транспортный поток по этой дуге. Такого рода задачи выполняются проектными организациями, разрабатывающими технико-экономические обоснования развития крупных и крупнейших городов, а также их генеральные планы.

Пространственные модели, описывающие транспортные корреспонденции и потоки для заданного расселения, размещения мест приложения труда, социально-культурных поездок при заданной конфигурации транспортной сети, непосредственно носят статический характер. Однако, как и всякие статические модели, они используются для обоснования проектных решений развития городов. В этом случае рассматривается трансформированная система расселения и размещения на некоторый перспективный период. Трансформация сети является результатом предложений проектировщика города. Кроме того, необходимо предвидеть соответствующее такому моменту изменение самой конфигурации транспортной сети. В крупнейших городах, с население свыше 1 млн человек, приоритетное направление — развитие метрополитена, затем — преобразование магистральной сети, наконец, транспортное освоение всей улично-дорожной сети, что непосредственно связано со все увеличивающимися темпами автомобилизации населения.

Оказалось, что целесообразную трансформацию транспортной сети можно увязать с ожидаемым развитием системы расселения — размещения с помощью:

построения «избыточной» транспортной сети;

расчета транспортных потоков по ней, соответствующей прогнозной картине расселения — размещения;

удаления дуг графа, потоки в которых оказались незначительными.

После этого расчет потоков воспроизводится на откорректированной конфигурации транспортной сети. Рассмотренный подход к моделированию, примененный в Москве, позволил:

Теоретически объяснить формирование транспортных сетей, очень близких к реальным, что свидетельствовало об адекватности подхода.

Выявить «узкие места» в транспортной сети города, а также избыточность пропускной способности ряда магистралей. Описанные модели городского развития позволяют увязать

развитие транспорта как в его инвестиционном, так и в эксплуатационном аспекте с перспективами размещения — расселения в плане города. Но этому этапу предшествует решение проблем функционального зонирования города и оценка предлагаемых проектных решений с помощью моделей функционального городского развития и функционально-пространственных моделей городского развития, которые являются отдельной темой моделирования и здесь не рассматриваются, т. к. носят оптимизационный характер.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |