Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научно-методологические основы моделирования транспортной обеспеченности
2.1. Классические показатели транспортной обеспеченности 10
2.2. Доступность как характеристика транспортной обеспеченности 14
2.3. Система городского общественного транспорта города Москвы 24
Глава 2. Методика моделирования обеспеченности населения общественным транспортом 31
3.1. Проектирование и формирование тематической базы данных 31
3.1.1. Создание сетевой модели системы общественного транспорта 31
3.1.2. Информационное обеспечение
3.2. Система показателей для оценки обеспеченности населения общественным транспортом 45
3.3. Расчет показателей на основе ГИС-анализа сетевой модели системы общественного транспорта
3.3.1. Доступность транспортной инфраструктуры 54
3.3.2. Надежность и разнообразие транспортного обслуживания 59
3.3.3. Выгодность положения в транспортной системе в целом 64
Глава 3. Применение и анализ результатов моделирования 69
4.1. Анализ территориальной дифференциации обеспеченности населения общественным транспортом на основе 69
4.2. Использование полученных результатов при оценке качества городской среды 82
4.3. Использование полученных результатов при оптимизации размещения объектов социальной инфраструктуры 87
4.4. Применения интегральной транспортной доступности для оценки размещения объектов различных типов локализации
5. Заключение 116
6. Список литературы
- Доступность как характеристика транспортной обеспеченности
- Информационное обеспечение
- Расчет показателей на основе ГИС-анализа сетевой модели системы общественного транспорта
- Использование полученных результатов при оптимизации размещения объектов социальной инфраструктуры
Доступность как характеристика транспортной обеспеченности
Информационной базой исследования послужили наборы открытых пространственных данных, создаваемых в рамках проекта «Open Street Map». [83] В качестве источников статистической информации использовались данные, предоставляемые Федеральной службой государственной статистики РФ (переписи населения и данные текущего учета населения); прочими ведомствами Российской Федерации и города Москвы (Министерством транспорта, Комплексом градостроительной политики и строительства города Москвы, Департаментом транспорта и развития дорожно транспортной инфраструктуры города Москвы, АНО «Дирекция Московского транспортного узла», ГУЛ Мосгортранс, ГУЛ Московский метрополитен). Также информация была предоставлена исследовательской компанией SmartLocation. [82] Кроме того использовались материалы научных конференций и семинаров, различных доступных веб-порталов и результаты измерений проводимых автором. Основные защищаемые положения:
1. Разработана и сформирована база пространственных данных, которая представляет собой сетевую модель системы общественного транспорта города Москвы, и позволяет рассчитывать большинство показателей транспортной обеспеченности на основе сетевого анализа в ГИС с учетом мультимодальных перемещений.
2. Предложена научно обоснованная система факторов и показателей, а также алгоритмов их расчета и моделирования, которые необходимо учитывать при оценке обеспеченности населения общественным транспортом в рамках крупномасштабных исследований городских территорий.
3. Предложены алгоритмы использования показателей транспортной доступности для оценки размещения объектов социальной, коммерческой и транспортной инфраструктуры различных типов локализации (точечных, линейных и полигональных) с учетом размещения населения и системы общественного транспорта. Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Определена научно обоснованная система показателей и алгоритмов их расчёта, определяющая уровень обеспеченности населения города услугами общественного транспорта. 2. Систематизированы существующие методы и предложены новые подходы к моделированию обеспеченности населения общественным транспортом на крупномасштабном уровне.
3. Изложены принципы создания сетевых моделей транспортных систем для сетевого анализа в ГИС в рамках крупномасштабных географических исследований и сформирована оригинальная сетевая модель системы общественного транспорта города Москвы.
4. В рамках апробации методики построены модели различных факторов транспортной обеспеченности селитебной территории города Москвы, создана соответствующая серия карт.
5. Предложены варианты использования показателей транспортной доступности и алгоритмов их расчета для оценки качества городской среды, а также для оптимизации размещения объектов социальной, коммерческой и транспортной инфраструктуры.
Практическая значимость исследования. Предложенная методика моделирования и оценки обеспеченности населения общественным транспортом, а также подходы к ее использованию, могут быть применены в рамках исследований по оценке качества городской среды, а также при оптимизации и оценке размещения объектов социальной и коммерческой инфраструктуры или планировании направлений развития транспортной инфраструктуры как в научно исследовательских организациях так и в коммерческом секторе.
Внедрение. Отдельные результаты исследования реализованы в рамках гранта РФФИ «Пространственно-статистическое моделирование социально-демографических процессов в контексте территориального расширения Москвы». Разработанные подходы и методы используются в рамках коммерческой деятельности исследовательской компании SmartLocation при оценке размещения и местоположения объектов крупных торговых сетей (Х5 Retail Group, О КЕЙ, Лента). Предлагаемые в диссертационном исследовании методы и подходы использовались автором при проведении занятий по курсу «Математико-картографическое моделирование» на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова.
Апробация. Результаты исследования докладывались на российских и международных научных мероприятиях, в том числе на Международной конференции «ИнтерКарто/ИнтерГИС-XV, XVI, XVII» - устойчивое развитие территорий: ГИС теория и практика (Ростов-на-Дону, 2010; Барнаул, 2011; Смоленск, 2012); конференции молодых ученых «Использование геоинформационных систем и данных дистанционного зондирования Земли при решении пространственных задач» (Пермь-Астрахань, 2011); Всероссийской конференции «Геоинформационные системы в здравоохранении РФ: данные, аналитика, решения» (Санкт-Петербург, 2011, 2012).
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 -в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 126 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 51 рисунок.
Благодарности. Диссертант выражает признательность и благодарность научному руководителю профессору Тикунову Владимиру Сергеевичу за всестороннюю поддержку и интерес к диссертационному исследованию. Всем сотрудникам НИЛ Комплексного картографирования и кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ. Отдельное спасибо руководству исследовательской компании SmartLocation за предоставленные информационные материалы, а также друзьям и близким за постоянную поддержку диссертанта.
Информационное обеспечение
В Москве троллейбус получил не столь широкое распространение, как автобусы, что связано с привязкой к навесным проводам и невозможностью развивать большую скорость. Максимум перевозок на троллейбусе пришелся на 1975-1990 гг., когда ежегодно им пользовались 900-1000 млн. пассажиров. С началом кризиса 90-х гг. число платных пассажиров резко сократилось (в основном за счет увеличения доли льготников) с 1 049 480 тыс. чел. в 1990 г. до 223 348 тыс. в 1996 г. Если в 1950-е гг. троллейбус перевозил 21 % всех пассажиров городского транспорта Москвы (это был максимум для троллейбуса), то начиная с 1970-х гг. эта доля стала быстро сокращаться: 17,2 % в 1975 г.; 14,8 % в 1980 г.; 14,5 % в 1990 г.; 9,1 % в 1996 г. Несмотря на этот общий спад, Москва до сих пор имеет крупнейший в мире троллейбусный парк, и троллейбусы продолжают играть значительную роль в структуре общественного городского транспорта.
Помимо основных видов общественного городского транспорта (т.е. самых распространенных и относящихся к массовому уличному транспорту: автобусы, троллейбусы, трамваи) в городе действуют лёгкое метро, монорельсовая дорога, такси, электропоезда - «аэроэкспрессы» до аэропортов, а также ведутся работы по организации городских поездов. Помимо этого, пригородный транспорт Москвы представлен электропоездами, автобусами, речными судами. Пригородный транспорт не учитывается в рамках данного исследования.
Общественный городской транспорт Москвы имеет несколько отличительных черт, которые во многом обусловливают его развитие, появление новых направлений, изменение его структуры, а также особенности картографирования. Первая специфическая черта заключается в том, что это одна из отраслей городского хозяйства, где потребители (потенциальные пассажиры) очень быстро реагируют на любые изменения в системе. Т.е. любая проблема или перемена в системе (изменение или ликвидация/добавление маршрута, изменение тарифов и т.п.) вызывает очень быструю реакцию, что обусловливает необходимость комплексного управления системой городского общественного транспорта. Т.е. невозможно создание хорошо отлаженной системы без учета особенностей работы всех видов транспорта на всех участках.
Следующая ключевая особенность заключается в «слоях», при наложении которых формируется единая транспортная сеть. Первым, основным, слоем является сеть метрополитена, которая служит каркасом для дальнейшего развития сети, т.к. является наиболее скоростным и имеет максимальные показатели по перевозкам пассажиров. Следующим слоем является сеть основных видов наземного городского транспорта - автобусы, троллейбусы, трамваи, включая маршрутные такси. Данная сеть создает сообщение между линиями метрополитена, связывает кварталы и районы города между собой и привязывает их к каркасу транспортной сети -метрополитену. Маршрутные такси, выполняют две основных функции: дублирующую (основная цель) - снятие пиковых нагрузок) и дополняющую (заполнение пробелов в сети муниципального транспорта). Послойная и при этом взаимосвязанная структура системы общественного транспорта также учтена в рамках предлагаемой методики.
Сейчас, на волне повышенного внимания столичного правительства к проблемам развития города и общественного транспорта, принимаются различные меры, способствующие улучшению качества транспортных услуг предоставляемых населению, такие как:
Выделенные полосы для наземного общественного транспорта, которые значительно улучшили ситуацию на ряде направлений.
Организация системы перехватывающих парковок возле крупных транспортных узлов. Де-факто эти парковки зачастую уже существуют в виде неорганизованных стоянок автомобилей вблизи узловых станций метрополитена и на въездах в столицу. Формирование единой системы общественного транспорта путем формирования единой ценовой политики и реализации наиболее удобной для пассажиров схемы с неограниченной возможностью пользования транспортом за определенное время без учета пересадок с одного вида транспорта на другой, а также удобством совместного использования различных видов транспорта (к примеру, на схеме скоростного транспорта города, обозначаются пересадки на, пригородные электропоезда и т.д.). Строительство пересадочного контура вне центра города, что позволит снизить повышенную нагрузку на кольцевую линию. Реализация плана по использование малого кольца МЖД (МК МЖД) для внутригородского пассажирского сообщения, что позволит значительно разгрузить метрополитен, тем самым, увеличив уровень комфортности его использования.
Стимулирование использования общественного транспорта - одна из необходимых составляющих для решения транспортной проблемы во всем мире. Несмотря на все принимаемые меры, основными проблемами в системе общественного транспорта города по прежнему остаются:
Расчет показателей на основе ГИС-анализа сетевой модели системы общественного транспорта
Доступность объектов транспортной инфраструктуры характеризует первичный уровень транспортной обеспеченности, данные показатели отражают отсутствие или наличие данного вида услуг на территории и степень их доступности, которая выражается через удаленность во времени.
Удаленность от транспортной инфраструктуры может рассчитываться от разных элементов с учетом разной детальности, это зависит от объекта, целей и масштаба исследования и картографирования.
При мелкомасштабном картографировании удаленность принято рассчитывать непосредственно от путей сообщения (например, железных дорог), не учитывая тот факт, что доступ к услугам можно получить, только при наличии остановочного пункта - станции. [41] Отчасти подобная методика обусловлена тем, что при определенном расстоянии между станциями, они будут располагаться на карте настолько близко, что сольются в одну линию. Для мелкомасштабного картографирования таких результатов часто бывает достаточно для выявления и отображения общей закономерности.
Для более крупных масштабов, такой подход, как правило, уже не показывает реальную удаленность от места предоставления транспортных услуг, поэтому в таких случаях принято рассчитывать удаленность от точек, непосредственно в которых можно получить доступ к транспортным услугам (остановки, станции и т.д.). Ряд авторов, предлагают рассчитывать удаленность от остановочных пунктов, для карт, масштаб, которых крупнее 1:1 000 000. [41]
При крупномасштабном картографировании, важно не только показывать удаленность от точки непосредственного доступа к транспортным услугам (остановочного пункта и т.д.), но рассчитывать ее не по прямой линии, а с учетом реальных маршрутов (для городских территорий) или с учетом проходимости местности (для незастроенной территории).
В нашем случаем мы моделируем доступность (удаленность во времени) остановок наземного пассажирского транспорта и станций метрополитена, так как эти объекты являются точками для доступа к транспортным услугам.
Доступность остановок общественного транспорта - характеризует локальный уровень обеспеченности транспортными услугами. Маршруты наземного общественного транспорта покрывают город наиболее плотной сетью, и являются связующим звеном с каркасной сетью метрополитена, поэтому доступность остановок наземного общественного транспорта является минимальным необходимым условием для пользования транспортными услугами.
Доступность станций метрополитена - характеризует размещение по отношению к основным транспортным узлам и каркасной сети городского общественного транспорта, которой является метрополитен. Хорошая доступность станции метрополитена является принципиальным и необходимым условием для обеспечения населения транспортными услугами.
Для моделирования доступности нами используется метод оценки пространственного разграничения. Метод оценки пространственного разграничения подразумевает расчет сложности преодоления пространства, разделяющего начальный и конечный пункт. В качестве меры преодоления пространства мы используем время.
Множество начальных пунктов, от которых мы рассчитываем доступность - это центроиды всех жилых строений г. Москва.
Множество конечных точек представлено: в первом случае - остановками наземного общественного транспорта; во втором случае - входами на станции метрополитена. При моделировании оперируем «парной» доступностью - от одной до другой точки, т.е. для каждого центроида жилого дома определяется расстояние только до ближайшего остановочного пункта или входа на станцию метро.
Для расчета времени доступности и определения ближайшего конечного пункта используется созданная ранее модель сети городского пассажирского транспорта.
Принципиальным различием при моделировании доступности остановок наземного транспорта и станций метрополитена является состав элементов модели транспортной сети, которые участвуют в моделировании.
При моделировании доступности остановок общественного транспорта учитываются только возможность пеших перемещений, поэтому все маршруты жителей от дома до остановки рассчитываются на основе той части сетевой модели, которая описывает возможные пешеходные маршруты (пешеходный граф). При моделировании доступности станций метрополитена учитываются как пешие перемещения, так и возможность использования наземного транспорта для доступа к станции метрополитена, поэтому в расчетах используется не только, так называемый, пешеходный граф, но и сеть наземного общественного транспорта.
Проведя расчет времени до ближайшей остановки наземного транспорта и станции метро для каждого жилого строения, мы определили среднее значение доступности для каждой ячейки селитебной территории, размер ячейки 200 на 200 м). Визуализация полученных моделей представлена ниже (Рисунок 10, Рисунок 11).
Использование полученных результатов при оптимизации размещения объектов социальной инфраструктуры
Рассмотрим примеры применения наработанных подходов и методов при оптимизации размещения объектов социальной инфраструктуры Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 12-06-00340-а).
В общем виде перечень объектов социальной инфраструктуры как правило, определяется в соответствии с ведомственной (отраслевой) принадлежностью ОСИ: здравоохранение; образование; социальная защита населения; физическая культура и спорт; культура;
Несмотря на принадлежность упомянутых объектов к группе социально-инфраструктурных, имеются значительные различия в характере их размещения и развития, а также в факторах, определяющих локализацию ОСИ. Различается характер посещения данных объектов - от, в большей степени, обязательного (например, объекты здравоохранения) до абсолютно добровольного (например, объекты физической культуры и спорта). Во-вторых, существенно разнится и круг потенциальных пользователей данных объектов с точки зрения их социально-демографических характеристик. В-третьих, дифференцирована роль географического фактора (фактора близости) для каждого из объектов. Таким образом, при оценке уровня обеспеченности населения объектами социальной инфраструктуры необходимо учитывать целый ряд факторов: существующую сеть ОСИ и ее характеристики (в частности, объем предоставляемых услуг), реальную картину размещение населения (отдельных контингентов) по территории города, транспортную доступность объектов социальной инфраструктуры, нормативные и правые акты.
Существуют различные методы оценки обеспеченности населения объектами социальной инфраструктуры (ОСИ): социологические опросы населения, экспертные методы оценки, геомаркетинговые подходы и другие. Однако для комплексного учета множества факторов, определяющих доступность тех или иных объектов социальной инфраструктуры, геоинформационные методы представляются нам наиболее перспективными. Методы геоинформационного анализа и моделирования позволяют создавать модели размещения населения по территории города, а также транспортные сетевые модели, строить много факторные модели оптимального размещения объектов социальной инфраструктуры.
В рамках данного примера по оценке доступности объектов социальной инфраструктуры, подробнее остановимся на анализе размещения объектов образования, а именно детских садов. Оценивая доступность детских садов, нами были рассчитаны следующие показатели: среднее время доступности 3-х ближайших детских садов; число детских садов в зоне 15-ти минутной транспортной доступности.
Для расчетов использовались данные о размещении населения и сетевая транспортная модель (Рисунок 8). Для каждого жилого строения было смоделировано время, которое необходимо затратить на кратчайший путь до 3-х ближайших детских садов, как с использованием различных видов транспорта, так и пешком. В результате моделирования для каждого жилого строения были получены три значения доступности, и, вычислив среднее из них, было получено время доступности для 3-х ближайших детских садов. Для отображения результатов моделирование была использована сетка, которая лежит в основе модели размещения населения (Рисунок 33).
Моделирование количества детских садов в зоне 15-ти минутной доступности выполнялось на основе построения зон доступности для каждого детского сада. Таким образом, рассчитав для каждого объекта размер полигона, ограничивающего его 15-ти минутную зону доступности, были получены все перекрытия этих полигонов и рассчитано их количество
В продолжение примера использования полученных результатов была разработана многофакторная модель оптимального размещения ОСИ на основе информации о размещении существующих объектов социальной инфраструктуры, модели размещения населения и улично-дорожной сети.
Исходными данными для разработки моделей оптимального размещения объектов послужили сеточные модели размещения населения, сетевая транспортная модель города и наборы пространственных данных, содержащие информацию о существующих объектах социальной инфраструктуры.
По данным портала открытых данных Правительства Москвы общее количество детских садов государственной формы собственности в Москве в 2014 году составило 1897. Поскольку данное исследование носит методологический характер, мы ограничились оценкой обеспеченности населения детскими садами в четырех соседствующих муниципальных образованиях Москвы: Ломоносовский, Академический, Черемушки и Гагаринский. При этом, в процессе моделирования также учитывалось размещение детских садов соседних муниципальных образований в пределах Юго-Западного административного округа: Котловка, Зюзино, Донской.
Первым фактором в оценке обеспеченности детскими садами является размещение детей в возрасте 1-6 лет по территории города. Нами была разработана модель, отражающая расселение детей именно этой возрастной группы (Рисунок 35).
При моделировании доступности до детских садов мы использовали именно пешую доступность, а не автомобильную, руководствуясь той гипотезой, что многие люди предпочитают водить детей в сад в «шаговой» доступности. В результате моделирования для каждого жилого строения были получено значение в минутах, отражающее, сколько времени житель этого дома в среднем затратит на то, чтобы дойти до ближайшего детского сада по кратчайшему расстоянию в рамках существующей улично-дорожной сети. Моделирование количества детских садов в зоне 15-ти минутной доступности выполнялось на основе построения зон доступности для каждого детского сада. Таким образом, рассчитав для каждого объекта размер полигона, ограничивающего его 15-ти минутную зону доступности, были получены все перекрытия этих полигонов и рассчитано их количество.
