КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

СТАРОДУБ ІРИНА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 711.4

МЕТОДИ МІСТОБУДІВНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ

ТРАНСПОРТНО-ПЛАНУВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

ВЕЛИКИХ МІСТ УКРАЇНИ

(на прикладі м. Рівне)

05.23.20 – Містобудування та територіальне планування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник | доктор архітектури, професор

Дьомін Микола Мефодійович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри міського будівництва

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Габрель Микола Михайлович,

Національний університет „Львівська політехніка”,

професор кафедри містобудування;

кандидат технічних наук, доцент

Голик Йолана Миколаївна,

Ужгородський національний університет,

доцент кафедри міського будівництва і господарства

Захист відбудеться 24 січня 2008 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.09 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31.

Автореферат розісланий 19 грудня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент

О.П. Ісаєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Перехід української держави до якісно нових соціально-економічних відносин задає нові вимоги до міського середовища, принципів функціонування вулично-дорожньої мережі та організації транспортного руху у містах.

Концентрація населення у великих та надвеликих містах, поширення міського способу життя, розвиток малого та середнього бізнесу, супроводжується різким збільшенням транспортних потоків на вулицях міст.

Вулично-дорожня мережа, як основний структуруючий елемент міської забудови, найбільш інерційно реагує на такі соціально-економічні, демоекологічні та територіально-виробничі зміни у суспільстві. Основні завдання мережі вулиць і доріг великого міста у забезпеченні найкоротших зв’язків між елементами його планувальної структури, частинами території, надійності функціонування транспортної системи, необхідної швидкості руху транспорту, нормативних витрат часу на трудові поїздки, безпеки руху транспорту та пішоходів, санітарно-гігієнічних умов не виконуються через невідповідність зростаючих об’ємів транспортних потоків пропускній здатності мережі. Часті заторові та передзаторові ситуації у мережі завдають значних матеріальних збитків народногосподарському комплексу міста.

Стрімке зростання кількості дорожньо-транспортних пригод за останні 10 років лише підкреслює важливість вирішення питань організації транспортно-планувальної системи великих міст України за умов щорічного збільшення кількості автомобільних засобів на 8,7%, пожвавлення економічних відносин та росту рухливості населення.

Важливе значення для вирішення поставленої в дисертації наукової проблеми мають дослідження вітчизняних та російських вчених: А.М. Редзюка, В.Ф. Штанова, Б.М. Абрамовича, В.С. Марунича, І.М. Вакарчука, О.М.Смоловика, щодо структури транспортної системи; М.С. Фішельсона, А.А. Агасьянца, А.П. Захарова, Л.В. Булавіної, Л.І. Рябоконя – пропускної здатності та щільності мережі вулиць і доріг; М.М. Дьоміна, Я.Б. Левітана, Є.О. Рейцена, М.М. Осєтріна, О.В. Стельмаха – умов розвитку транспортної інфраструктури перехідного етапу економіки; С.В. Дубової, Г.І. Клінковштейна, А.А. Бочкова, Т.І. Міхеєва – методів та режимів роботи автоматизованої системи управління рухом; С.А. Ваксмана, К.А. Зонова, Г.В. Ушакової, Ю.В. Сипіної, В.П. Федорова, Н.В. Буличьової, О.М. Пахомової – соціально-економічних аспектів розвитку транспортних систем міст. Істотний інтерес для проблеми, що досліджується, представляють роботи закордонних вчених та спеціалістів: Д. Сімпсона, Дж. Беррі, Дж. Форрестера, К. Годфріна К., Б. Гріншильдса, Г. Грінберга, Б. Кернера, Д. Дрю та інших.

Необхідність прогнозу умов функціонування транспортно-планувальної системи, моделювання її організації, вибору оптимального, за заданими критеріями, проектного рішення, з урахуванням тенденцій розвитку великих міст України, визначають актуальність даного дослідження та його мету.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження безпосередньо пов’язане з реалізацією принципів сталого розвитку транспортно-планувальних систем населених пунктів України, що задекларовані у Законах України „Про основи містобудування” від 16 листопада 1992 року № 2780-XII, „Про планування і забудову територій” від 20 квітня 2000 року № 1699-III, „Про автомобільні дороги” від 8 вересня 2005 року № 2862-IV, „Про автомобільний транспорт” від 23 лютого 2006 року № 3492-IV, “Про дорожній рух” від 19 січня 2006 року № 3370-IV, „Концепції сталого розвитку населених пунктів України” (постанова Верховної Ради України від 24 грудня 1999 року № 1359-XIV), Державній програмі забезпечення безпеки руху на автомобільних дорогах, вулицях міст, інших населених пунктів і залізничних переїздах на 2003 - 2007 роки (розпорядження Кабінету міністрів України від 29 січня 2003 року №56-р), розробкою нормативів з проектування комплексних схем організації дорожнього руху (КСОДР) у містах України.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка принципів і методів містобудівної організації транспортно-планувальної системи великого міста з урахуванням тенденцій зростання рівня автомобілізації та мобільності населення великих міст України.

На досягнення цієї мети направлене рішення наступних задач:

- аналіз умов функціонування та особливостей розвитку транспортно-планувальної системи великих міст України;

- класифікація факторів розвитку та функціонування транспортно-планувальної системи, встановлення взаємозв’язків та міри зв’язності між ними;

- розробка методів та підходів до прийняття рішення по вдосконаленню транспортно-планувальної системи міста, виявлення критеріїв оцінки якості організації міського руху та встановлення міри впливу факторів на роботу вулично-дорожньої мережі;

- розробка математичних моделей організації міського руху при різних варіантах організації вулично-дорожньої мережі та її обмежень із врахуванням соціальних, функціональних та економічних показників.

Об'єкт дослідження — транспортно-планувальні системи великих міст.

Предмет дослідження — методи містобудівної організації транспортно-планувальної системи.

Методи дослідження грунтуються на:

- аналізі теоретичних і практичних розробок в області містобудування та територіального планування, проектування, будівництва й функціонування вулично-дорожньої мережі та організації міського руху;

- системно-структурному аналізі, аналітико-синтетичному, порівняльному, кількісно-статистичному та прогностичному підходах при оцінюванні тенденцій зміни умов функціонування вулично-дорожньої мережі міста;

- методах математичного моделювання (теорія графів), механіко-емпіричних підходах, методиках проектування пішохідних зон при побудові математичної моделі організації міського руху в умовах існуючої транспортно-планувальної структури міста.

Наукова новизна одержаних результатів:

-

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджені:

-

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації, отримані автором особисто, що підтверджується одноосібними публікаціями [1-7].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації викладені у доповідях на дев’яти наукових конференціях у період з 2002 по 2006 рр. включно. Зокрема, на конференції молодих вчених (17-19 жовтня 2006 р., м. Київ); на науково-практичних конференціях у Київському національному університеті будівництва і архітектури (65-ій у 2004 р., 66-ій у 2005 р., 67-ій у 2006 р.); щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів НУВГП (2002-2006 рр., м. Рівне).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 6 статтях [1-6] фахових наукових видань, визначених ВАК України, та 1 тезі доповіді [7].

Структура та обсяг роботи. Дисертація включає вступ, три розділи, висновки, список використаних джерел з 148 найменувань, містить 116 сторінок основного тексту, додатки, 73 рисунки, 56 таблиць. Загальний обсяг роботи – 216 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, завдання та методи дослідження, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У розділі „Сучасний стан і проблеми розвитку транспортно-планувальної системи міста” здійснено комплексний аналіз сучасного стану та проблем розвитку існуючих транспортно-планувальних систем великих міст України; виявлено та класифіковано фактори та умови, що впливають на функціонування транспортно-планувальної системи міста; встановлено міру впливу всіх складових транспортно-планувальної системи на її роботу; дослідженням встановлені граничні умови, в рамках яких буде проводитися варіативне планування та реалізація конкретних заходів з покращення організації транспортно-планувальної системи міста.

В результаті проведеного аналізу планувальних схем великих міст України встановлено, що домінуючим типом є поєднання радіально-кільцевої та лінійної планувальної структури. Виявлено пряму залежність між історичною сформованістю, конфігурацією, планувальною структурою населеного пункту та основними геометричними характеристиками його транспортної системи. Відмічено, що понад 40% магістралей великих міст України працюють на межі пропускної здатності.

В роботі доведено, що міський рух відбувається в жорстко регламентованому просторі, який описується такими характеристиками транспортної мережі: щільність мережі, ступінь непрямолінійності сполучень, ступінь завантаження транзитними кореспонденціями центрального транспортного вузла, пропускна здатність мережі.

Дослідження щільності вулично-дорожньої мережі (ВДМ) показало, що оптимальною, економічно обґрунтованою є транспортна система з щільністю магістральної мережі 2,2-2,4 км/км2, однак, на сьогодні у великих українських містах вона складає в середньому 1,3 км/км2.

Матеріали досліджень свідчать, що у великих містах середньозважена величина коефіцієнту непрямолінійності приймається рівною 1,32, при цьому, коефіцієнт непрямолінійності нині по Рівному становить 1,45.

В результаті аналізу міри завантаження транзитними кореспонденціями центрального вузла виявлено, що 36,9 зі 100% всіх кореспонденцій є транзитними і пролягають через центральні райони міста Рівне.

Класифіковано вузлові точки магістральної мережі за типами та видами перетинань, виявлено причини затримок транспортних потоків на них.

Сучасний стан транспортно-планувальної системи міста характеризується невідповідністю елементів уже існуючих транспортних комунікацій за геометричними характеристиками нормативним значенням. Так, аналіз фактичних розмірів ширини елементів вулиць встановив, що До таких умов слід віднести:

- місця розташування та параметри зупинок громадського транспорту;

- місця тимчасового та тривалого зберігання автомобілів, їх геометричні характеристики, спосіб організації;

- наявність та тип примикання до магістралей споруд обслуговування транспортних засобів;

- типи та характер перетину основних пішохідних та магістральних потоків;

- час та режим роботи прибиральної техніки;

- технічна несправність вулиць та доріг;

- дорожньо-транспортні пригоди (ДТП) та місця їх локалізації;

- технічний стан та марки машин, що домінують і створюють основу транспортних потоків;

- маршрутизація громадського пасажирського транспорту, склад парку.

Встановлено, що концентрація проблемних вузлів у центральній та серединній частинах міста пов’язана, в першу чергу, із відсутністю організованих місць тимчасового зберігання автомобільних засобів, неправильною організацією транспортних та пішохідних перетинань.

Аналіз кількості, характеру та відповідності влаштування зупинок громадського пасажирського транспорту вказує на те, що 90,5% їх не відповідають технічним вимогам, а 35,5% із них є несанкціонованими.

Тимчасове та тривале зберігання автомобілів має чітку неоднорідність по території міста. Місця тривалого зберігання сконцентровані в серединній та периферійній зонах міста, хоча й лише на 28,5% задовольняють потреби населення у спорудах для зберігання автотранспорту. Стоянки короткочасного зберігання авто розміщуються в громадських центрах житлових утворень та центрі міста і їх потреба становить близько 60%; у 80% випадків вони влаштовані з грубим порушенням норм і правил. Встановлено, що у 66,4% випадків місцями локалізації самовільних стоянок є вузли мережі та зупинки громадського транспорту.

Організований перетин пішохідних та магістральних потоків у 7 вузлах рівненської мережі здійснюється в різних рівнях, на 28 вузлах та перегонах – в одному рівні зі світлофорним регулюванням, та 32 – без регулювання механізованими пристроями. Проведені натурні обстеження виявили стійкі у часі локалізовані місця несанкціонованого перетинання пішоходами магістралей, які повинні стати основою для створення пішохідних зон міста.

Доведено, що види й характер дорожньо-транспортних пригод є об’єктивним показником якості організації транспортно-планувальної системи. 26,9% всіх ДТП у Рівненській області в 2005 році сталися в обласному центрі, серед них 38,5% із вини пішоходів, 36,5% через незадовільний стан вулиць.

У роботі проаналізовано склад, технічні характеристики парку автомобілів, експлуатаційний стан вулиць і доріг як умови, які задають режим роботи транспортної інфраструктури населеного пункту. Аналізом встановлено, що 36,75% рухомого складу – моторизовані пересувні засоби вітчизняного виробництва, їх середній вік понад 18 років; загальний середній вік парку легкових автомобілів наближується до 13 років. Особливу увагу при розгляді транспортного потоку приділено складу, видам, кількості та маршрутизації громадського пасажирського транспорту.

Систематизовано фактори, умови та заходи, що задають рамки міського руху, визначають порядок його здійснення, забезпечують безпеку учасників руху і навколишнього середовища, та, на цій основі, побудовано модель транспортно-планувальної системи міста.

Виявлено, що найактивніша взаємодія в моделі відбувається між:

- основними показниками вулично-дорожньої мережі (щільність, пропускна здатність вулиць і перетинань);

- системою паркування в місті (постійні та тимчасові місця зберігання автотранспорту);

- інтенсивністю руху транспортних засобів;

- методами та засобами регулювання руху.

Класифіковано технічні умови експлуатації вулично-дорожньої мережі за характером появи, місцем локалізації, ступенем впливу на роботу транспортної системи, величиною, місцем розташування в плані міста, функцією, тривалістю дії, поєднанням видів транспорту.

У розділі „Принципи і методи містобудівної організації транспортно-планувальної системи міста” встановлено границі можливого розвитку та завантаження транспортної системи великих міст України, виконано експериментальні дослідження закономірностей Аналіз транспортно-планувальних систем великих міст України свідчить про втрату стійкості та зниженням безпеки їх функціонування, зростання дорожньої аварійності та негативний вплив на навколишнє середовище. Економічний ріст міст стримується відсутністю потенційних можливостей по забезпеченню необхідної рухливості населення, мобільності трудових ресурсів, товарів як фактора розвитку виробництва та послуг.

Прогнози соціологів свідчать, що відсоток міського населення України (станом на 01.01.2003 він становив 67,5%) буде збільшуватися, а темпи його росту залежатимуть від загальної кількості населення країни. Так, аналіз показує, що темпи приросту населення в Україні з 2000 року стабілізувалися та мають тенденцію до зростання. У 2075 році кількість українців збільшиться до 51,5 млн. чол. за рахунок природної та механічної міграції населення.

В динаміці росту автомобільного парку Землі виявлено єдину закономірність: незалежно від країни, на першому етапі відбувається стрімке лінійне зростання кількості автомобілів до відмітки 300 авто/1000 мешканців, із подальшим гальмуванням росту і стабілізацією на рівні 550±50 автомобілів/1000 мешканців. За таким сценарієм, починаючи з 90-х років, відбувається автомобілізація в містах України. Щорічна кількість автомобілів в Україні збільшується на 8%. На тисячу українців нині припадає 160-170 транспортних засобів, що нижче рівня розвинутих країн в 3-4 рази.

Складений на основі статистики останніх років прогноз, показує, що, при збереженні середньорічного темпу 8,7% зростання автопарку м. Рівне, критичне значення 250 авто/1000 мешканців буде досягнуте у 2008 році. Навіть, при знижені щорічного приросту до 5% цей рівень вдасться подолати не пізніше 2010 року.

Встановлено, що частка економічно активного населення України має тенденцію до зростання (1995 рік – 0,591, 2000 – 0,635, 2003 – 0,645).

Одночасно з ростом кількості легкових автомобілів відбулися структурні зміни рухливості населення – збільшилася інтенсивність використання авто для трудових та ділових поїздок. В 2003 році лише 62,2% потреби в переміщеннях по м. Рівне було задоволено за рахунок роботи громадського пасажирського транспорту, решта – приватних засобів пересування.

Відмічено, що середня величина добових переміщень для різних країн, що мають значні відмінності за рівнем життя та економічними характеристиками, рівна 3.

Результати натурних обстежень транспортних потоків 2001-2005 років у місті Рівне свідчать про ріст завантаженості вузлів та перегонів мережі на 1-15% щорічно. Такі процеси підтверджуються прогнозами економістів, які запевняють, що до 2015 року слід очікувати зростання перевезення вантажів та пасажирів на рівні середніх щорічних темпів в 2-3%.

При збереженні темпів зростання неконтрольованої автомобілізації та щільності міської забудови:

- у 2008 році в місті питома щільність автомобілів на 1 км2 міської забудови може перевищити 1417 одиниць;

- інтенсивність руху транспортних засобів на 68-70% протяжності вулично-дорожньої мережі не буде відповідати регламентованим значенням;

- інтенсивність використання основних елементів мережі перевищить допустиме значення на 10-55%;

- величина затримок потоку у центральній частині міста буде більшою в 1,8-2 рази ніж у серединній;

- кількість транспортних засобів, що будуть рухатися по вулично-дорожній мережі Рівного в денний міжпіковий період складатиме більше 6-7% парку зареєстрованих у місті транспортних засобів; затори в мережі міста виникають при 8-10% рухомого парку;

- очікувана кількість транспортних засобів, тимчасово припаркованих протягом дня поза місцями постійного зберігання по всьому місту складе понад 11% зареєстрованого парку; у центрі міста щільність тимчасового паркування буде більшою у 5 разів ніж у середньому по місту;

- відбудеться збільшення дальності поїздки, добового пробігу, витрати часу на трудову поїздку зростуть на 10-20% за рахунок перезавантаження вулично-дорожньої мережі в години-„пік”;

- для забезпечення широкого використання приватного автомобіля при пересуванні містом необхідно буде збільшити пропускну здатність вулиць в 1,5-2 рази, а кількість машино-місць для постійного зберігання та паркування машин в 3-4 рази.

Головним чином, проблемні місця вулично-дорожньої мережі Рівного будуть сконцентровані в центральній та серединній частині міста.

Оптимізація роботи транспортно-планувальної системи міста в таких умовах повинна відбуватися в рамках ряду планувальних, технічних, економічних та організаційних вимог. Основні напрямки вдосконалення організації транспортно-планувальної системи слід здійснювати диференційовано як для територіальних зон міста (центральна, серединна, периферійна) так і за тривалістю прогнозованих часових періодів (короткотривалий період, середньотривалий та довготривалий).

Вибір оптимального варіанта організації транспортно-планувальної системи повинен грунтуватися на техніко-економічному їх порівнянні, із врахуванням комплексу архітектурно-будівельних, історичних та соціальних факторів.

Основою варіативного порівняння є критерії оцінки якості організації транспортно-планувальної системи населеного пункту, які в залежності від мети класифіковано на планувальні, соціальні, галузеві та суспільні.

Узагальнення досвіду використання на практиці функціональних критеріїв дозволяє виділити серед них: мінімізацію затримок транспортних засобів та конфліктності; максимізацію швидкостей сполучення й використання потенціалів проїзної частини вулично-дорожньої мережі й перехресть вцілому; підвищення пропускної здатності.

У розділі „Методи моделювання процесів функціонування транспортно-планувальної системи” використано методику визначення ступеню конфліктності транспортних вузлів з урахуванням пішохідного руху; запропоновано алгоритм перерозподілу транспортних потоків при врахуванні реальної пропускної здатності перегонів, складності перегонів та вузлів; приведено методику вибору варіанта організації транспортно-планувальної системи міста за умов зміни факторів, що впливають на її функціонування; розроблено теоретичну модель організації транспортно-планувальної системи у великих містах, як основи для прийняття проектних та управлінських містобудівних рішень по забезпеченню адекватності роботи їх транспортної інфраструктури; досліджено соціальні, функціональні та економічні аспекти організації транспортно-планувальної системи населених пунктів.

Задачу організації транспортно-планувальної системи зведено до пошуку номінальних значень параметрів мережі при заданих умовах її дієздатності. Вона вирішується як задача математичного програмування через пошук екстремуму цільової функції при заданих обмеженнях параметрів середовища:

, (1)

де - цільова функція; - вектор керованих параметрів; - допустима область зміни керованих параметрів; та - функції обмеження.

На основі вивчення досвіду дослідження та опису характеру транспортного руху в містах встановлено, що макромоделювання транспортного потоку описує процес найбільш повно та динамічно.

Розглянуто лінійну апроксимацію Гріншильдса, моделі Гріншильдса й Грінберга, Лайтхіла-Уізема для визначення величини транспортного потоку, рівняння Пейна, Ейлера, Бюргерса, рівняння теплопровідності Коула-Хопфа, рівняння Нав’є-Стокса для рідини, з одиничною щільністю, що стискується. Проаналізовано фундаментальну діаграму транспортного потоку та процес існування ударних хвиль у транспортному потоці.

У дослідженнях Хейла, Кесіді, Даганзо було припущено, що утворення, зростання та поширення автомобільних пробок у години-пік на вулично-дорожній мережі міста, викликані геометричною будовою дороги, а саме „вузькими місцями” – постійними та тимчасовими розширеннями і звуженнями дороги. Отже, час затримки транспортних засобів не залежить від структури черги й управлінські заходи слід направляти не на чергу, а на самі заторні ділянки.

Згідно з окремими положеннями методики О.С. Тацій у роботі запропоновано моделювання транспортного потоку здійснювати, припускаючи, що поведінка транспортного потоку визначається звуженнями та розширеннями дороги. Суть моделювання полягає у відтворенні процесів руху за заданими геометричними параметрами мережі, пошуку рівномірного розподілу потоків у мережі.

Для вирішення задач організації транспортно-планувальної системи міста на будь-який розрахунковий строк із врахуванням стану та перспектив розвитку рівня автомобілізації, вулично-дорожньої мережі, міської забудови та організації дорожнього руху досліджено задачу завантаження транспортної мережі на основі макромоделювання через введення коефіцієнтів „тертя”, що описують геометричні характеристики перегонів та вузлів мережі.

Дана методика аналізує потенціал завантаження вулично-дорожньої мережі, виявляє можливі перешкоди, резерви та зручності на різних етапах її функціонування. Унікальність такої моделі полягає у врахуванні наступних обмежень: мінімальні капіталовкладення; максимальне використання існуючої вулично-дорожньої мережі; відповідність вимогам існуючих будівельних норм.

Методику організації руху міського транспорту по вулично-дорожній мережі з обмеженою пропускною здатністю зведено до вирішення таких задач:

- опис моделі мережі доріг та транспортного потоку в ній;

- задання обмежень, що визначають характер руху транспортного потоку;

- перерозподіл транспортних потоків при зміні обмежень;

- вибір оптимального варіанта організації транспортно-планувальної системи.

Прив’язку моделі до вулично-дорожньої мережі здійснено на географічній підоснові (карті ВДМ) через побудову зв’язного графу/орграфу з вершинами у вузлах ВДМ, що з’єднані ребрами-дугами .

Втрата середньої швидкості транспортного потоку в реальних умовах супроводжується зростанням величини транспортного потоку. Якщо розглянути модель Пейна та рівняння Бернулі для потоку реальної рідини, то складову можна інтерпретувати як таку, що описує втрати транспортного напору на подолання деякого опору (опору по довжині та місцевого опору).

Згідно формул Вейсбаха та Дарсі-Вейсбаха середня швидкість транспортного потоку є функцією від коефіцієнта тертя по довжині елементу мережі та коефіцієнту його місцевого опору :

(2)

У свою чергу, коефіцієнт тертя по довжині елементу мережі залежить від стану поверхні елементу або величини приведеного поперечного перерізу:

(3)

де - функціональна ширина напрямку руху елементу мережі,

- довжина елементу мережі.

Коефіцієнт місцевого опору залежить від виду флуктуацій та конструктивного виконання елементу мережі:

(4)

де - вид флуктуацій,

- кількість флуктуацій.

Використовуючи методику визначення ступеню конфліктності транспортних вузлів із врахуванням пішохідного руху, опишемо складність вузла за формулою:

(5)

де - складність вузла,

- перехрещення транспортних потоків,

- злиття транспортних потоків,

- розгалуження транспортних потоків,

- зіткнення транспортних засобів перед стоп-лінією,

- перехрещення пішохідних потоків і транспортних потоків при виїзді останніх із перехрестя,

- перехрещення пішохідних потоків і транспортних потоків при в’їзді останніх на перехрестя,

- перехрещення пішохідних потоків і транспортних потоків при повороті останніх праворуч,

- перехрещення пішохідних потоків і транспортних потоків при повороті останніх ліворуч.

- кількість відповідних флуктуацій у вузлі.

Опір у вузлі оцінимо як:

(6)

де - довжина черги, що утворилася при очікуванні здійснення маневру у вузлі на підході ,

- надлишкова величина черги, що провокує створення затору у вузлі на підході ,

- кількість підходів до вузла

- номер вузла.

Складність перегону будемо оцінювати за формулою:

(7)

де - перехрещення пішохідних і транспортних потоків,

- кількість перетинань пішохідних і транспортних потоків по довжині перегону.

Опір на перегоні будемо визначати за формулою:

(8)

де - довжина перегону ,

- довжина ділянки, на якій змінено розмір перерізу,

- коефіцієнт змінності перерізу,

(9)

де - кількість функціональних смуг на ділянці ,

- фактична кількість смуг на ділянці .

Зв’язки між елементами графу, матрицями інцидентності та суміжності описано на основі базової конфігурації мережі (рис. 1). Де: - величина максимального транспортного потоку, що протікає від вузла до вузла , - величина максимального результуючого потоку, що протікає через вузол , - максимальна пропускна здатність дуги , - максимальна пропускна здатність вузла , - складність перегону , - опір перегону , - складність вузла , - опір вузла .

Рис. 1 Приклад опису ділянки мережі з використанням запропонованої моделі

Тоді задача лінійного програмування для мережі з обмеженою пропускною здатністю виглядатиме як:

(10)

(11)

або як максимум пропускної здатності мережі:

, (12)

(13)

Алгоритм підвищення пропускної здатності вулично-дорожньої мережі має такий вигляд (рис. 2).

Зазначено, що визначення напрямків та шляхів вдосконалення транспортно-планувальної системи міста повинні грунтуватися на співставленні кількісних і якісних характеристик вулично-дорожньої мережі із сучасними та перспективними характеристиками міського транспортного руху. В цьому контексті, усі заходи щодо організації транспортно-планувальної системи розділено на стимулюючі та дестимулюючі.

На основі теоретичної моделі організації транспортно-планувальної системи запропоновано варіанти приведення вулично-дорожньої мережі м. Рівне у відповідність із перспективними змінами характеристик міського руху та міста вцілому. Розроблено пропозиції по організації транспортно-планувальної системи, склад та послідовність заходів, які необхідно здійснювати у різні строки, обгрунтовано вибір ділянок та вузлів мережі, що підлягають реконструкції, визначено напрямки та етапи будівництва нових елементів транспортної системи міста.

ВИСНОВКИ

1. На основі комплексного аналізу сучасного стану, особливостей та проблем розвитку транспортно-планувальної системи великих міст України встановлено, що сформована вулично-дорожня мережа міст не відповідає інтенсивності сучасних транспортних потоків, характеризується низькою щільністю магістральної вулично-дорожньої мережі, збільшеним коефіцієнтом непрямолінійності, високим відсотком транзитних кореспонденцій у центральних районах міст, магістралей, що працюють на межі пропускної здатності, відсутністю організованих місць паркування автотранспорту, виникненням частих заторових та передзаторових ситуацій у мережі, погіршенням умов руху пішоходів, перевантаженням центру міста.

2. Виявлено, що об’єктивними причинами, які призвели до даної ситуації, у функціонуванні транспортно-планувальної системи великих міст є стрімке зростання рівня автомобілізації та загальної рухливості населення, збільшення інтенсивності використання індивідуального транспорту, зниження частки громадського транспорту великої та середньої місткості у пасажирських перевезеннях, диспропорція між рівнем автомобілізації та темпами дорожнього будівництва, містобудівні та планувальні особливості розвитку міської території.

3. В результаті дослідження та класифікації умов і факторів, які впливають на розвиток та функціонування транспортно-планувальної системи, встановлено взаємозв’язки, міру зв’язності між ними та ступінь їх впливу на роботу вулично-дорожньої мережі. Виявлено, що до основних факторів, які впливають на пропускну здатність вулично-дорожньої мережі відносяться: кількість і ширина функціональних смуг, характер примикання вузлів мережі, перетину основних пішохідних та транспортних потоків.

Запропоновано систематизацію технічних умов експлуатації вулично-дорожньої мережі здійснювати за характером появи, місцем локалізації, ступенем впливу на роботу транспортної системи, за площею, місцем розташування в плані міста, функцією, тривалістю дії та поєднанням видів транспорту.

4. В основу розробленої методології прогнозування стану та розвитку транспортно-планувальної системи покладено аналіз перспективних змін у рівнях автомобілізації і прогресивних тенденцій розвитку міського транспорту, що дозволило розробити методи та підходи до прийняття рішення по її вдосконаленню, виділити критерії оцінки якості організації міського руху.

5. В роботі застосовано метод макромоделювання при аналізі характеру транспортного руху, завантаження вулично-дорожньої мережі через введення коефіцієнтів „опору”, які описують геометричні характеристики перегонів та вузлів мережі, використано методику визначення ступеню конфліктності транспортних вузлів та перегонів із врахуванням пішохідного руху. Це дало можливість вдосконалити методику організації руху міського транспорту по вулично-дорожній мережі, розробити алгоритм підвищення пропускної здатності вулично-дорожньої мережі та перерозподілу транспортних потоків по ній.

6. Розробка алгоритмів та математичних моделей формування транспортно-планувальної системи, організації міського руху дозволила сформувати інформаційну базу даних, що максимально точно описує умови та фактори функціонування мережі, відпрацювати механізм прийняття рішень по оптимізації її роботи. Запропоновано методику вибору варіанта вдосконалення транспортно-планувальної системи великого міста та порядок визначення техніко-економічних показників при різних вихідних містобудівних умовах.

7. В результаті оцінки моделі функціонування транспортно-планувальної системи міста Рівне розроблено варіанти та послідовність її вдосконалення за умов зростаючих транспортних потоків із врахуванням перспективного розвитку транспортно-планувальної містобудівної системи.

8. Практичне використання результатів дисертації сприятиме підвищенню надійності, безпеки, адаптивності, ефективності функціонування існуючої транспортно-планувальної системи великих міст, вдосконаленню транспортно-планувальної системи із врахуванням динаміки змін умов і факторів її розвитку, що дозволить забезпечити стійкий розвиток містобудівної системи вцілому.

9. Подальші дослідження організації транспортно-планувальної системи міста слід здійснювати у площині її диференціації у залежності від: величини населеного пункту, складу та величини містоутворюючої групи, характеру та типу забудови міст, народногосподарського профілю, характеру рельєфу населеного пункту, місця населеного пункту в системі транспортно-територіального районування України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Стародуб І.В. Роль планувальної схеми при формуванні системи транспортного обслуговування населення у великих містах України // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2004. – Вип. 17. – С. 305-318.

2. Стародуб І.В. Вплив геометричних характеристик вулично-дорожньої мережі на роботу транспортної системи міста // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2005. – Вип. 20. – С. 328-334.

3. Стародуб І.В. Адміністративно-правові аспекти організації руху міського транспорту // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2005. – Вип. 22. – С. 331-336.

4. Стародуб І.В. Тенденції зміни та прогноз умов функціонування вулично-дорожньої мережі // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2006. – Вип. 23. – С. 252-261.

5. Стародуб І.В. Містобудівельні вимоги до організації руху міського транспорту // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2006. – Вип. 25. – С. 274-280.

6. Стародуб І.В. Методи моделювання процесів функціонування транспортно-планувальної системи міста // Містобудування та територіальне планування: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2007. – Вип. 26. – С. 286-295.

7. Стародуб І.В. Геометричні характеристики вулично-дорожньої мережі міста Рівне // Тези доповідей 65-ї науково-практичної конференції. – К.: КНУБА, 2004. – С.14.

АНОТАЦІЯ

Стародуб І.В. Методи містобудівної організації транспортно-планувальної системи великих міст України (на прикладі м. Рівне). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.20 – Містобудування та територіальне планування. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2007.

У дисертації здійснено комплексний аналіз сучасного стану та проблем розвитку існуючих транспортно-планувальних систем великих міст України. Виявлено та класифіковано фактори та умови, що впливають на функціонування транспортно-планувальної системи міста, встановлено міру впливу всіх складових транспортно-планувальної системи на її роботу.

Здійснено прогноз можливого розвитку та завантаження вулично-дорожньої мережі великих міст України, виконано експериментальні дослідження закономірностей утворення й характеристик транспортних та пішохідних потоків, вивчено тенденцію їх зростання, запропоновано критерії оцінки якості організації міського руху.

Запропоновано алгоритм перерозподілу транспортних потоків при врахуванні реальної пропускної здатності перегонів, складності перегонів та вузлів. Розроблено теоретичну модель організації транспортно-планувальної системи у великих містах. Приведено методику вибору варіанта організації транспортно-планувальної системи міста за умов зміни факторів, що впливають на її функціонування.

Ключові слова: транспортно-планувальна система, вулично-дорожня мережа, транспортний потік, пропускна здатність, інтенсивність дорожнього руху, містобудівні методи.

АННОТАЦИЯ

Стародуб И.В. Методы градостроительной организации транспортно-планировочной системы больших городов Украины (на примере г. Ровно). – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.20 - Градостроительство и территориальное планирование. – Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2007.

Диссертация посвящена вопросам классификации условий и факторов развития транспортно-планировочных систем больших городов Украины, разработки методов их градостроительной организации, методики выбора варианта организации транспортно-планировочной системы города в условиях изменения факторов, которые влияют на её функционирование.

Анализируется современное состояние и проблемы развития существующих транспортно-планировочных систем больших городов Украины.

Установлено, что сформированная улично-дорожная сеть не отвечает интенсивности современных транспортных потоков, характеризуется низкой плотностью магистральной сети, отсутствием организованных мест парковки автотранспорта, возникновением частых заторовых и предзаторовых ситуаций в сети, ухудшением условий движения пешеходов, перегрузкой центра города. Определены объективные причины нынешнего состояния функционирования транспортно-планировочной системы. Главные из них: стремительный рост уровня автомобилизации населения, увеличение интенсивности использования индивидуального транспорта, низкие темпы дорожного строительства.

Исследованы и классифицированы условия и факторы, которые влияют на развитие и функционирование транспортно-планировочной системы, установлены взаимосвязи, степень их влияния на работу улично-дорожной сети. Отмечено, что на пропускную способность улично-дорожной сети в наибольшей мере влияют количество и ширина функциональных полос, характер пересечения узлов сети, пешеходных и транспортных потоков.

Осуществлена систематизация технических условий эксплуатации улично-дорожной сети.

Предложено, при разработке мероприятий по повышению эффективности работы транспортно-планировочной системы, учитывать динамику изменений условий и факторов ее функционирования и развития.

Произведён прогноз возможного развития и загрузки улично-дорожной сети больших городов Украины, проведены экспериментальные исследования закономерностей возникновения и характеристик транспортных и пешеходных потоков, изучена тенденция их роста. Выработана методология прогнозирования состояния и развития транспортно-планировочной системы, разработаны методы и подходы к принятию решения по усовершенствованию транспортно-планировочной системы города, выделены критерии оценки качества организации транспортно-планировочной системы. Главным критерием при этом был избран временной параметр – время движения.

Разработана методика анализа функционирования улично-дорожной сети через введение коэффициентов „сопротивления”, которые характеризуют пропускную способность перегонов и узлов сети, описывают их сложность. На этой основе создана информационная база, которая позволяет максимально точно описывать условия и факторы функционирования улично-дорожной сети, разработан механизм принятия решений при выборе варианта усовершенствования транспортно-планировочной системы города, предложен порядок определения технико-экономических показателей при разных исходных градостроительный условиях, построен алгоритм повышения пропускной способности улично-дорожной сети и перераспределения транспортных потоков по ней.

Предложен алгоритм и математическая модель формирования транспортно-планировочной системы и принятия решений по оптимизации ее работы с учетом перспективных изменений в уровнях автомобилизации и прогрессивных тенденций развития городского транспорта.

Определен возможный состав, последовательность и сроки проведения градостроительных мероприятий по повышению эффективности работы транспортно-планировочной системы для всех территориальных зон большого города.

Исследованы социальные, функциональные и экономические аспекты организации транспортно-планировочной системы населенных пунктов.

Ключевые слова: транспортно-планировочная система, улично-дорожная сеть, транспортный поток, пропускная способность, интенсивность дорожного движения, градостроительные методы.

ABSTRACT

Starodub I.V. Town-planning methods of transport-planning system organization in greater cities of Ukraine (an example of the city of Rivne). – Manuscript.

The dissertation seeking academic degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.23.20 – Town-planning and territorial planning. – Kiev National University of Construction and Architecture, Kiev, 2007.

In the dissertation, the complex analysis of the state and the problems of existing transport-planning systems development in greater cities of Ukraine is carried out. Factors and conditions influencing the functioning of the city transport-planning systems are revealed and classified, the degree of influence of all transport-planning system components and their combinations on its performance is established.

The forecast of possible progress and loading of transport infrastructure in greater cities of Ukraine is made, experimental research of regularities of formation and characteristics of transport and pedestrian streams is conducted.

The tendency of their increase is studied, the criteria for the assessment of city movement organization quality are offered.

The algorithm for redistribution of transport streams at the account of actual throughput of a site, complexity of a street and cross-roads is suggested. The theoretical pattern of transport-planning systems organization is developed. The procedure of the choice of proper city transport-planning system organization resulting from the conditions of variation of the factors influencing its functioning is given.

Keywords: transport-planning system, a street-road network, a transport stream, throughput, traffic intensity, town-planning methods.