Унификация методов транспортного моделирования

Действующие нормативно-правовые документы, регламентирующие разработку градостроительной документации, руководствуются принципом устойчивого развития. Ключевым условием здесь является формирование сбалансированной застройки и эффективно функционирующей транспортной инфраструктуры. Для достижения обозначенных целей особое значение приобретает проведение оценки уровня транспортного обслуживания территорий, выбросов от автомобильного транспорта и учета социально-экономических эффектов от изменения транспортного спроса. Все эти задачи решаются с использованием методов компьютерного транспортного моделирования.

Транспортная модель – это упрощенное описание процесса формирования транспортных (легковой, грузовой, транспорт общего пользования и транспорт, осуществляющий перевозки по заказу) и пассажирских потоков в транспортной системе (улично-дорожная сеть и сеть маршрутного транспорта) при помощи математических формул и алгоритмов.

Практическая значимость

Моделирование транспортных процессов применяется на всех этапах градостроительного проектирования, от документов стратегического планирования до проектов размещения дорожной разметки и знаков организации дорожного движения.

Практическую значимость транспортные модели имеют в проектах территориального планирования и планировки территорий, когда определяются функции и границы планировочных зон, расположение и состав объектов. на этих стадиях контролируется баланс объемов строительства жилья, объектов социального обслуживания, производственного, делового и досугового назначения, а также просчитываются возможности транспортной системы.

Моделирование транспорта также формирует исходные данные для экологических и социально-экономических прогнозов. Именно по этой причине к расчетам необходимо применять хотя бы минимальные требования.

Транспортные модели в теории и на практике

В зависимости от стадии проектирования транспортное моделирование должно обладать соответствующей степенью детализации. Так, на этапе разработки документов стратегического планирования формируются модели, описывающие самые общие процессы. По мере уменьшения размеров рассматриваемой территории применяются все более детализированные схемы. Все разноуровневые модели должны иметь связь и преемственность между данными. Результаты расчетов моделей верхнего уровня должны передаваться в проекты, следующие за ними.

В реальности транспортные модели на всех уровнях связаны весьма условно. Все они используют свои наборы исходных сведений и различную логику. Отсутствуют требования к качеству транспортных моделей, нет контроля результатов моделирования.

Международный опыт

Исследование зарубежного опыта показало отсутствие в международной практике единого подхода к организации процесса моделирования. В Лондоне, к примеру, используется единая модель транспортной системы, доступная широкому кругу лицензированных специалистов, работающих в аккредитованных организациях. Работа с моделями Сиднея и Нью-Йорка является государственной монополией.

Существуют и другие подходы, но о них меньше известно, поскольку они мало представлены в открытых источниках информации.

Рис. 1. Создание и калибровка базовой модели

4 шага расчета транспортного спроса

Несмотря на различия между изученными примерами, международный стандарт выделяет четыре контрольные точки, в которых необходимо проводить калибровку модели:

• Шаг 1. Расчет общего объема передвижений (на основе социологических исследований цепочек передвижений).
• Шаг 2. Расчет числа передвижений между транспортными районами (матрицы корреспонденций от сотовых операторов только для проверки, из каких районов какие совершаются передвижения в модели).
• Шаг 3. Структура использования транспорта (выбор способа передвижения на основе обобщенных затрат с учетом возвратного передвижения).
• Шаг 4. Распределение по путям в транспортной сети с учетом корректного расчета скоростей на элементах сети (загрузка улиц, дорог и маршрутного транспорта).

Следует предъявлять требования к алгоритму расчетов и структуре транспортного спроса, формировать банк данных поддержки транспортного моделирования, включающий в себя, кроме исходных данных, результаты моделирования. Такие меры позволят заложить основу унификации процесса, повысить логическую связность проектирования в части транспорта.

Методика качественного моделирования

Способ организации моделирования транспортного спроса, созданный на основе определения перечня требований, позволит обеспечить единообразие подходов, контроль результатов и при этом не ограничит использование современных алгоритмов.

Для гарантирования качественного процесса моделирования необходимо наладить систему мониторинга и регулярного сбора исходных данных, а также задать значения калибровочных показателей с предъявлением требований как по их точности, так и по технологии проведения процедуры. Именно калибровка и валидация модели должны стать основой оценки качества.

Калибровка модели

Калибровка модели осуществляется путем варьирования значений параметров формул и алгоритмов и необходимого уточнения исходных данных с целью уменьшения расхождения между расчетными и фактическими данными. Точность модели оценивается степенью отклонения расчетных и фактических данных, полученной в ходе калибровки (рис. 1).

При калибровке нельзя ограничиваться массовой выборкой значений интенсивности транспортных и пассажирских потоков. Такой подход не дает представления, насколько хорошо реализована транспортная модель. необходимо сравнивать расчетные и измеренные значения на всех этапах моделирования. Проверку матрицы передвижений часто не проводят по объективным причинам, ведь получить достоверные данные о начальных и конечных точках передвижения населения в современных условиях очень сложно. Проблема и в ограничениях доступа к данной информации, и в ее отсутствии.

Современный уровень развития систем автоматического контроля платежей позволяет получить большой объем данных о пассажирских перевозках на общественном транспорте, но получить информацию о числе автомобильных передвижений, и тем более пеших, очень сложно. Это еще одна проблема, которую призван решить единый источник информации.

Рис. 2. Создание и валидация прогнозной модели

Валидация модели

Хорошая калибровка еще не гарантирует качества прогноза. Для этого необходимо проводить валидацию моделей одним из двух способов:

1. моделирование ретроспективного варианта градостроительного развития и сравнение расчетных данных с ретроспективными фактическими данными;
2. прямая проверка точности прогноза сравнением произведенного ранее расчета с фактическими данными, полученными после реализации соответствующего проекта.
   

Во многих случаях валидация исключена из-за отсутствия системы мониторинга, однако без валидации сложно рассчитывать на правильный прогноз. но для того, чтобы решить эту проблему, не хватит одного банка данных. Нужна постоянно действующая система мониторинга, в архиве которой уже накопилось достаточно информации для анализа. Целесообразно собирать статистику по всем показателям оценки эффективности организации дорожного движения, транспортного обслуживания, загрузки улично-дорожной сети и т.д. Такая статистика нужна для проверки изменений показателей в жизни и в модельном расчете.

Контрольные данные

Для контроля корректности расчетов необходимо собирать контрольные технические данные, такие как матрицы корреспонденций (передвижений), различные затраты, время движения, коэффициенты расщепления и т.д. Рекомендуется всегда использовать 2-уровневый подход:

1. Локальные показатели (картограммы для транспорта общего пользования и индивидуального транспорта).
2. Системные показатели (общие таблицы по городу и по административным районам).
   

При наличии таких сведений всегда можно проверить достоверность калибровки и расчетных показателей.

Формирование транспортных районов

Дополнительно следует вырабатывать рекомендации по формированию транспортных районов: их числа, размеров, функционального наполнения и прочих характеристик. Описание транспортного района должно соответствовать структуре транспортного спроса, заложенного в модель. Данная структура включает все типы передвижений, которые составляют весомую долю в общем числе передвижений. Важно учитывать, что передвижения связаны в цепочки. Общий баланс всех отправлений и прибытий за сутки должен быть сохранен.

Система документации

На основе рекомендованной методики создания и использования транспортных моделей, учитывающей минимальные требования представления исходных данных, необходима разработка комплекта документации, состоящего из руководств для специалистов и регламентов сбора данных. необходимой составляющей внедрения методических рекомендаций является банк данных поддержки транспортного моделирования.

Разработанные методические рекомендации позволяют сохранить индивидуальный подход к выбору формул и алгоритмов на каждом шаге схемы при условии выполнения минимальных рекомендаций. Такой подход позволит не ограничивать использование более сложных и детализированных моделей.

В будущем это даст возможность профессионалам, работающим в области транспортного планирования, пользоваться результатами транспортного моделирования на всех уровнях проектирования с минимальными затратами, причем как финансовыми, так и временными.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №6/2021

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Иллюстрация к статье сгенерирована нейросетью Kandinsky