Підвищення ефективності функціонування транспортної мережі

Вступ

транспортний мережа економічний кореспонденція Мережа міських вулиць і доріг являється однією із основних елементів планувальної структури міста і вона повинна забезпечувати:

— Найкоротші пасажирські зв’язки між житловими районами кварталами, масивами) і місцями праці, громадським центром міста, об'єктами культурно-побутового обслуговування, і центрами мікрорайонів;

— Необхідну пропускну спроможність і надійність функціонування всіх елементів вулично-дорожної мережі з можливістю швидкого перерозподілу транспортних потоків при виході з ладу окремих ділянок мережі.

— Необхідні швидкості руху транспорту, що забезпечують нормативні витрати часу на трудові поїздки; (Витрати часу на пересування від місць проживання до місць прикладення праці для 90% робітників (в один кінець), як правило, не повинні перевищувати: у містах з населенням понад 1 млн. чол. — 45 хв, від 500 тис. до 1 млн. чол. — 40 хв; від 250 до 500 тис. чол. — 35 хв, до 250 тис. чол. — 30 хв. (ДБН 360−92).

— Безпеку і зручність руху транспорту і пішоходів;

— Зручні зв’язки з мережею позаміських автомобільних доріг і спорудами інших видів транспорту — аеропортами, залізничними станціями, морськими та річними портами.

Можливість раціонального прокладання інженерних комунікацій по вулично-дорожній мережі. Допустимі рівні шуму та загазованості повітря.

Зріст кількості автомобілів обумовлює збільшення інтенсивності руху, погіршення умов руху у містах. Зріст завантаження міських вулиць і магістралей ставить складні задачі перед службами організації дорожнього руху.

1. Вихідні дані для розрахунків на ПЕОМ

Основою для формування вихідних даних є індивідуальне завдання на КП. Вихідні дані для розрахунків на ПЕОМ формуються згідно з вимогами інструкції по застосуванню програми оцінки ефективності функціонування транспортної мережі.

Для оцінки ефективності функціонування транспортної мережі слід використовувати програму RO_NET. Програма працює під операційною системою MS DOS або Windows (в DOS вікні) або під Linux (з використанням емулятора dosemu). Ім'я файлу програми «ro_net.exe» (для друку на принтері) або «ro_net_f.exe» (для запису результатів в файл на диску).

Перед запуском програми підготуємо вхідні дані, у трьох файлах в текстовому форматі в кодуванні DOS (кодова сторінка cp866). Для формування файлів вхідних даних можна використовувати будь-який текстовий редактор, який підтримує кодування DOS та не додає в файл власних символів форматування тексту. Ім'я файлу має бути написане латинськими буквами відповідно до прізвища студента з додаванням в кінці цифри (номеру файла). Довжина імені файлу не повинна перевищувати 8 символів. (до 7 букв для прізвища + одна цифра — номер файлу). Розширення (тип файлу) не вказувати. Наприклад, ivanov1.

В першому дані про дуги (ділянки) транспортної мережі. При редагуванні цього файлу в першому рядку набираємо прізвище студента та позначення академ групи. У другому рядку, починаючи з першої позиції, вказуємо кількість транспортних районів або вузлів мережі (максимальна кількість вузлів мережі - 40). Починаючи з 3-го рядка, вводимо дані про дуги мережі. Інформація про кожну дугу вказуємо в окремому рядку у такому форматі:

Номер початкового вузла або району, пробіл, номер кінцевого вузла або району, пробіл, довжина дуги в сотнях метрів, округлена до цілого числа, пробіл, швидкість вільного руху транспортних засобів даною ділянкою, пробіл, приведена кількість смуг для руху в даному напрямку. При цьому дотримуємось таких правил:

все цифрові значення мають бути цілими числами і відокремлюватися один від одного пробілами;

довжина дуги вказується в сотнях метрів;

швидкість вільного руху задається в км/год.;

якщо ширина смуги 3,5 м, то кількість смуг помножуємо на 10 (наприклад, 2 смуги по 3,5 м. представляються значенням 20);

якщо відома ширина проїжджої частини в даному напрямку, то приведена кількість смуг визначаємо за співвідношенням:

(1.1)

де S — ширина проїжджої частини в даному напрямку, м.

Для дуги 1−2

.

Отриманий результат округлюємо до цілого числа;

якщо дорога з двостороннім рухом, то у файлі вхідних даних для неї мають бути два рядки (окремо для прямого та зворотного напрямків);

в кінці файлу не повинно бути порожніх рядків;

задля кращого вигляду файлу на екрані або на роздруківці можна розділяти числа не одним, а двома або більше пробілами, щоб цифри у різних рядках розташовувалися одна під одною.

Після формування файлів вхідних даних переходимо до виконання розрахунків за допомогою програми RO_NET.

Якщо треба буде друкувати результати роботи на принтері, який безпосередньо приєднаний до комп’ютера, на якому будуть виконуватися розрахунки слід запустити програмний файл «ro_net.exe». Якщо результати розрахунків треба буде роздруковувати на іншому комп’ютері або зберігати на дискетах, слід запустити програмний файл «ro_net_f.exe». Після запуску програми RO_NET на екрані монітора з’явиться заставка з назвою програми. Щоби продовжити роботу натисніть будь-яку клавішу на клавіатурі. Далі з’явиться головне меню програми, за допомогою якого можна вибрати функцію програми: «Критерий», «Данные», «Расчет 1», «Расчет 2», «Выход». Вибір певної функції програми здійснюється за допомогою клавіш управління курсором: ««, ««, «Home», «End» та натисканням «Enter». Миша не підтримується.

Спочатку обираємо пункт меню «Критерий». Після вибору цього пункту на екрані з’явиться підменю, в якому буде 3 розділи: «Расходы», «Пробег», «Время». За допомогою клавішів управління курсором «» и ««, «Home», «End» треба вибрати один з розділів цього підменю та натиснути «Enter». Якщо вибрати пункт підменю «Расходы», то оціночним показником будуть транспортні витрати, що пов’язані з функціонуванням мережі. При виборі пункту «Пробег» або «Время» оціночним показником будуть відповідно загальний пробіг всіх транспортних засобів або сумарний час руху.

Критерієм ефективності функціонування мережі обираємо витрати часу.

Далі вибираємо пункт меню «Данные», щоб вказати, які файли вихідних даних програма буде використовувати. При виборі цього пункту меню на екрані з’являється підменю, з чотирма пунктами: «Дуги сети», «Ограничения», «Спрос», «Выход».

Пункти «Дуги сети», «Ограничения» и «Спрос» передбачені для вказування імен файлів вхідних даних про дуги мережі, обмеження маневрів та транспортний попит. При виборі кожного з пунктів цього підменю на екрані з’являється вікно «Имя файла», в якому можна вказати шлях до файлу вхідних даних чи «маску» для пошуку цього файлу. Наприклад «С:ODD*.*». Шлях до файлу та його «маску» можна редагувати. Після натискання клавіші «Enter» на екрані з’явиться вікно з переліком файлів, які є у вказаному (або у поточному) каталозі. За допомогою клавіш управління курсором ««, ««, ««, ««, «Home» та «End» треба вибрати файл вхідних даних та натиснути «Enter». Таким чином програмі вказують імена всіх трьох файлів вхідних даних. Після цього для виходу з цього підменю треба вибрати пункт «Выход» та натиснути «Enter».

Далі вибираємо пункт меню «Расчет 1».

Функція «Расчет 1» розраховує характеристики мережі без урахування взаємозв'язку між швидкістю, щільністю та інтенсивністю транспортних потоків. В цьому разі швидкість руху транспортних засобів вважається рівною швидкості вільного руху. Ці розрахунки є попередніми та неточними. При виборі цієї функції на екрані з’являється локальне меню, в якому 8 пунктів: «Расчет 1», «Просмотр 1», «Просмотр 2», «Просмотр 3», «Печать 1», «Печать 2», «Печать 3», «Выход». При виборі розділу «Расчет 1» програма виконує попередній розрахунок характеристик мережі: розраховує матрицю найкоротших відстаней (у відповідності до вибраного критерію), матрицю кореспонденцій, а також характеристики функціонування транспортної мережі. Після виконання цих розрахунків, вибравши пункти «Просмотр 1, 2, 3», можна подивитися результати розрахунків. Пункти «Печать 1, 2, 3» дозволяють роздрукувати результати розрахунків. Перед роздруківкою результатів розрахунків треба підготувати принтер до роботи: вставити папір, увімкнути живлення. Для виходу з локального меню виберіть розділ «Выход» та натиснить «Enter».

При використанні версії програми «ro_net_f.exe», яка виводе результати в файли на диск, в пунктах меню «Расчет 1» замість пунктів «Печать» присутні пункти «П_файл».

Функція «Расчет 2» розраховує характеристики мережі з урахуванням взаємозв'язку між швидкістю, щільністю та інтенсивністю транспортних потоків. При цьому для розрахунку характеристик мережі використовується ітераційний алгоритм, який передбачає розподіл кореспонденцій по дугах мережі в залежності від інтенсивності та фактичної швидкості руху ділянкою. Користування відповідними розділами функції «Расчет 2» відбувається аналогічно меню «Расчет 1».

При роботі програма розраховує матрицю кореспонденцій та записує її на диск у окремий файл з тим же ім'ям, що і файл даних про обсяги відправлення та прибуття, але з розширенням «*.COR». При виконанні подальших розрахунків після зміни параметрів мережі відповідно до пропонованих заходів з підвищення її ефективності треба замість файлу, який містить значення обсягів відправлення і прибуття транспортних засобів, вказувати файл з розрахованою раніше матрицею кореспонденцій з розширенням «*.COR». Наприклад, замість Maslov3 треба буде вказати Maslov3.cor.

Функція «Выход» головного меню використовується для виходу з програми.

Сформовані таким чином вихідні дані надано у додатку, А до КП.

2. Вихідні характеристики транспортної мережі

Визначення вихідних характеристик транспортної мережі передбачає вирішення наступних задач:

розрахунок матриці найкоротших відстаней;

розрахунок матриці кореспонденцій;

попередня оцінку ефективності функціонування транспортної мережі.

2.1 Розрахунок матриці найкоротших відстаней

Розрахунок матриці найкоротших відстаней виконуємо на ПЕОМ за критерієм часу:

(2.1)

де m — кількість дуг мережі, які складають трасу маршруту руху з одного вузла до іншого;

Т_і — час руху транспортних засобів по і-й дузі мережі, год.

Час руху транспортних засобів визначається по формулі

(2.2)

де V_і — швидкість транспортного потоку на i-й дузі мережі, км/год.

Швидкість транспортних потоків залежить від багатьох факторів: інтенсивності та щільності транспортних потоків, дорожніх умов та ін. Але для попередньої оцінки ефективності функціонування транспортної мережі значення швидкості руху приймається за умовами вільного руху (без впливу інтенсивності).

Для визначення оптимальної траси маршруту руху між вузлами вулично-дорожньої мережі програма виконує перебір всіх можливих варіантів проїзду і визначає той варіант, який забезпечує досягнення обраного критерію. Крім розрахунку найкоротших відстаней між всіма парами вузлів мережі програма визначає також два передостанніх вузли оптимальної траси маршруту руху.

Результати розрахунків матриці найкоротших відстаней надані у додатку Б до КП.

2.2 Розрахунок матриці кореспонденцій

Кореспонденції між вузлами транспортної мережі розраховуються за програмою на ПЕОМ. Програмне забезпечення використовує гравітаційну модель прогнозування кореспонденцій у транспортній мережі.

Вихідними даними для розрахунку матриці кореспонденцій є обсяги утворення та поглинання транспортних потоків у вузлах мережі, характеристики мережі, і також результати розрахунків матриці найкоротших відстаней.

В загальному вигляді кореспонденцію з вузла i до вузла j розраховуємо за формулою

(2.3)

де HO_i — обсяг відправлень з і-го вузла, од./год.;

HP_j — обсяг прибуття до j-го вузла, од./год.;

D_ij — функція тяжіння між і-м та j-м вузлами;

К_j — збалансований коефіцієнт;

n — кількість вузлів транспортної мережі.

Функцію тяжіння між вузлами мережі визначаємо за формулою

(2.4)

де L_ij — відстань між вузлами і та j.

Результати розрахунків матриці кореспонденцій надано у таблиці Б.2 додатку Б до КП.

2.3 Попередня оцінка ефективності функціонування транспортної мережі

Результати розрахунків матриць найкоротших відстаней та кореспонденцій є вихідними даними для попередньої оцінки ефективності функціонування транспортної мережі. Ця оцінка вміщує в себе визначення критерію ефективності функціонування транспортної мережі за умовами вільного руху транспортних потоків. Програма для ПЕОМ виконує розподілення транспортних потоків та визначає інтенсивності руху по всіх дугах мережі за умовами вільного руху. Інтенсивність руху прогнозується для ранкової години «пік».

Умови вільного руху передбачають що всі транспортні засоби рухаються по дугах мережі зі швидкістю вільного руху, яка не залежить від інтенсивності. Ефективність функціонування транспортної мережі визначаємо за сумарним часом руху, Т_сум, год,

. (2.5)

де N_і — інтенсивність руху транспортного потоку на і-й дузі, од./год.;

k — кількість дуг транспортної мережі.

Результати розрахунків характеристик функціонування транспортної мережі, надано у таблиці Б.3 додатку Б до КП.

3. Розподілення транспортних потоків по мережі

В цьому розділі виконується розподілення транспортних потоків, прогноз фактичних характеристик та ефективності функціонування транспортної мережі, аналіз параметрів функціонування мережі.

3.1 Прогноз фактичних характеристик та ефективності функціонування транспортної мережі

Для прогнозування фактичних характеристик та ефективності функціонування транспортної мережі необхідно виконати розподілення транспортних потоків по мережі з урахуванням того, що швидкість потоку є функцією від інтенсивності. Для прогнозування фактичної швидкості потоку коли інтенсивність не перевищує пропускної можливості програма для ПЕОМ використовує наступну регресійну модель

(3,1)

де — середня інтенсивність руху по одній смузі і-ї дуги мережі, авт./год.

Для дуги 1−2 швидкість становить Розрахунки для інших дуг мережі зводимо до таблиці 3.1.

Коли середня інтенсивність руху по одній смузі перевищує значення пропускної можливості, то можуть виникнути перед заторові та заторові режими руху. В цьому випадку алгоритмом передбачено, що значення фактичної швидкості приймається 5 км/год. В загальному випадку швидкість, визначена по моделі, відрізняється від швидкості вільного руху. Тому за розрахункову фактичну швидкість приймається менше з двох значень.

Зростання інтенсивності призводить до зменшення швидкості потоків (та навпаки), що в свою чергу викликає зміни часу руху та транспортних витрат на рух по дугах мережі. Тому алгоритм програми для ПЕОМ передбачає поетапне розподілення кореспонденцій по дугах мережі, яке супроводжується перерахуванням швидкості потоків та матриці найкоротших відстаней. Таким чином, розподілення транспортних потоків виконується відповідно фактичній швидкості, а не швидкості вільного руху. Після розподілення транспортних потоків програма розраховує інтенсивність руху та значення обраного критерію для кожної дуги та мережі в цілому.

3.2 Аналіз параметрів функціонування транспортної мережі

Ціллю даного аналізу є визначення так званих «вузьких» елементів транспортної мережі, де спостерігаються несприятливі умови руху та зниження показників ефективності руху.

Для кожної дуги мережі визначаємо показники ефективності функціонування дорожнього руху: коефіцієнт завантаження дороги рухом (К_з) та коефіцієнт зниження швидкості руху (К_v) за формулами

(3.2)

де N_i — інтенсивність руху на і-й дузі мережі, авт./год.;

n_i — кількість смуг руху на і-й дузі мережі;

Р₁ — пропускна спроможність однієї смуги руху, авт./год.

(3.3)

де — швидкість вільного руху по і-ой дузі мережі, км/год.;

— фактична швидкість руху по і-ой дузі мережі, км/год.

Для дуги 1−2

.

Розрахунки для інших дуг мережі зводимо до таблиці 3.1.

Пропускну можливість однієї смуги руху приймаємо 750 авт./год як рекомендовано в методичних вказівках. Ця рекомендація пов’язана з тим, що модель для прогнозування фактичної швидкості побудована на припущенні, що регульовані та нерегульовані перехрестя приблизно на 50% зменшують пропускну можливість міських вулиць. За результатами розрахунків визначаємо рівень обслуговування на всіх дугах мережі, використовуючи рекомендації.

Результати розрахунків надані у таблиці 3.1

Таблиця 3.1 — Характеристики руху по дугах мережі

За даними таблиці 3.1 слід визначаємо дуги мережі з неприйнятним рівнем обслуговування (вище за рівень «С»). Крім того, за допомогою результатів попередніх розрахунків визначаємо причини виникнення «вузьких ділянок», де зменшується ефективність руху.

Рівень обслуговування ділянки ВДМ обираємо за допомогою таблиці 3.2 в залежності від коефіцієнту завантаження дороги рухом Таблиця 3.2 — Рівень обслуговування

4. Розробка заходів щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі

За результатами проведеного аналізу параметрів функціонування транспортної мережі обґрунтовуємо та розробляємо заходи щодо підвищення її ефективності. Ці заходи спрямовано як на удосконалення умов руху в існуючій мережі, так і на реконструкцію мережі в цілому.

Перший підхід може передбачати:

— організацію системи вулиць з одностороннім рухом;

— введення обмежень руху;

— удосконалення покриття доріг;

— раціональне розподілення проїзної частини за напрямами руху.

Другий підхід може передбачати:

— будівництво нових доріг;

— збільшення ширини проїзної частини;

— організацію перехресть в різних рівнях При обґрунтуванні заходів використовуємо обидва підходи. Розробляємо декілька варіантів реконструкції мережі та за допомогою програмного забезпечення прогнозуємо характеристики та ефективність її функціонування. Змінені вихідні дані представляємо у додатку В. Результати розрахунків по кожному варіанту реконструкції подано у додатку Г до КП.

З усіх розроблених варіантів обираємо один. Перевагу надаємо тому варіанту, який забезпечує найкращі показники ефективності функціонування транспортної мережі. Для обраного варіанту розраховуємо характеристики дорожнього руху, які подамо у вигляді таблиці.

У даному проекті розроблено два альтернативних варіанти реконструювання транспортної мережі.

4.1 Розробка заходів щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі для Проекту № 1

Заходи щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі у Проекті № 1

1) на дугах 7−2, 8−18, 18−8, 12−10, 13−22, 21−14, 17−18, 18−17, 22−21, 29−28 добудовуємо по одній додатковій смузі руху;

2) на дугах 9−8 та 14−13 організовуємо односторонній рух.

Характеристики руху по дугах мережі після реконструкції представлено в таблиці 4.1

Таблиця 4.1-Характеристики руху по дугах мережі після реконструкції

Критерій ефективності функціонування транспортної мережі для проекту № 1 дорівнює 828,4 год

4.2 Розробка заходів щодо підвищення ефективності функціонування транспортнох мережі для Проекту № 2

Заходи щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі у Проекті № 2

1) на дугах 7−2, 4−3, 4−9, 18−8, 13−22, 29−28 збільшуємо добудовуємо по одній додатковій смузі руху;

2) на дугах 8−9, 14−13, 17−18 організовуємо односторонній рух;

3) будівництво нової дороги 8−17 довжиною 900 м (що дасть змогу зменшити рівень завантаження на дугах 8−9, 8−18, 17−18).

Характеристики руху по дугах мережі після реконструкції представлено в таблиці 4.2

Таблиця 4.2 — Характеристики руху по дугах мережі після реконструкції

Критерій ефективності функціонування транспортної мережі для Проекту № 2 дорівнює 822,8 год. Оскільки він має менше значення ніж у Проекта № 1, його і обираємо до подальших розрахунків.

5. Економічне обгрунтування розроблених заходів

Економічне обґрунтування розроблених заходів виконуємо шляхом порівняння основних витрат пов`язаних із функціонуванням транспортної мережі для базового та пропонованого варіантів, а також визначаємо строк окупності заходів.

Критерієм ефективності функціонування транспортної мережі обрано мінімум транспортних витрат, то сумарні витрати, пов`язані із функціонуванням мережі для базового та пропонованого варіантів, визначаються за формулою

(5.1)

де — витрати на утримання доріг в році t розрахункового періоду, грн.;

— транспортні витрити в році t розрахункового періоду, грн.;

— капітальні витрати на реконструкцію транспортної мережі для року t розрахункового періоду, грн.;

— коефіцієнт дисконтування витрат для року t розрахункового періоду;

— кількість років розрахункового періоду.

Капітальні витрати на реконструкцію транспортної мережі (З_р, грн.) визначаємо за формулою

(5.2)

де L_pi - довжина побудованих або реконструйованих дуг мережі, км;

k_1 км — норма витрати на будівництво 1 км автомобільної дороги відповідної категорії, k_1 км=1 750 000 грн.;

d — кількість побудованих або реконструйованих дуг мережі.

Витрати на утримання доріг, З_утр, грн. розраховується за формулою

(5.3)

де С_утр — витрати на утримання одного кілометра дороги в залежності від кількості смуг руху, грн., С_утр=15 000 грн.;

.

Витрати загубленого транспортного часу

(5.4)

де — постійні витрати, С_пост=16,75 грн.;

— кількість днів, Д_к=365;

— частка добової інтенсивності руху, яка приходиться на годину «пік», к_н=0,1.

.

На основі отриманих даних будуємо графік 5.1, котрий вказує що період окупності становить 9 місяців, оскільки саме в цій точці криві перетинаються.

Рисунок 5.1-Графік сумарних витрат за роками розрахункового періоду для базового та пропонованих варіантів

Висновки

В курсовій роботі розглянуто схему існуючої транспортної мережі. На мережному рівні запропоновано реконструкцію існуючої мережі на прикладі двох проектів, а саме:

Заходи щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі у Проекті № 1

1) на дугах 7−2, 8−18, 18−8, 12−10, 13−22, 21−14, 17−18, 18−17, 22−21, 29−28 добудовуємо по одній додатковій смузі руху;

2) на дугах 9−8 та 14−13 організовуємо односторонній рух.

Заходи щодо підвищення ефективності функціонування транспортної мережі у Проекті № 2

1) на дугах 7−2, 4−3, 4−9, 18−8, 13−22, 29−28 добудовуємо по одній додатковій смузі руху;

2) на дугах 8−9, 14−13, 17−18 організовуємо односторонній рух;

3) будівництво нової дороги 8−17 довжиною 900 м (що дасть змогу зменшити рівень завантаження на дугах 8−9, 8−18, 17−18).

В результаті цих заходів відбулося зменшився час знаходження транспортних засобів в мережі на 278,5 годин. Це зниження свідчить про збільшення резервів пропускної спроможності на вулично-дорожній мережі, а внаслідок цього підвищення ефективності дорожнього руху при проїзді автомобілів ділянками мережі.

Для впровадження заходів в мережі необхідно 27 650 000 грн. Економічний ефект від впроваджених заходів складає 42 034 293,7 грн. Строк окупності проекту 9 місяців рік.

Список літератури

1. Автомобильные перевозки и организация дорожного движения: Справочник. — М.: Транспорт, 1981. — 592 с.

2. Аксенов В. А., Попова Е. П., Дивочкин О. А. Экономическая эффективность рациональной организации дорожного движения. — М.: Транспорт, 1987. — 128 с.

3. Бабков В. Ф., Андреев О. В. Проектирование автомобильных дорог. Часть 1: Учебник для вузов по спеціальностям «Автомобильные дороги» и «Мосты и тоннели». — М.: Транспорт, 1979. — 367 с.

4. Иносэ Х., Хамада Т. Управление дорожным движением / под. ред. М. Я. Блинкина: Пер. с англ. — М.: Транспорт, 1983. — 248 с.

5. Клинковштейн Г. И. Организация дорожного движения: Учебник для автомобильно-дорожных вузов и факультетов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1992. — 240 с.