Development of efficient passenger transport system for modern cities

Full Text

Введение

Одним из важнейших структурных элементов современного крупного города, без которого невозможно его нормальное существование, является транспортная система. Функционирование городского пассажирского транспорта во многом определяет удобство жизни городского населения. Среди широкого круга вопросов, обусловленных развитием и функционированием городов, транспортные задачи занимают достаточно важное место. Качественное выполнение городским пассажирским транспортом своей задачи является необходимым условием для воспроизводства рабочей силы, влияет на рост производительности общественного труда, способствует росту культурного уровня населения [1].

Одним из ключевых показателей негативного воздействия автомобилей является перегрузка транспортной инфраструктуры. Общественный транспорт, обладая существенно большей провозной способностью, позволяет снизить эту нагрузку. Наглядно указанное обстоятельство можно продемонстрировать на сравнении использования дорожного пространства различными видами транспорта. Автобус длиной 12 метров может перевезти до ста пассажиров, тогда как легковой автомобиль длиной 4 метра всего пять. Следовательно, увеличение доли общественного транспорта в общем пассажиропотоке напрямую снижает нагрузку на дорожную сеть. Эта разница еще более значительна при сравнении с высокоэффективным обособленным транспортом: современный поезд метрополитена вмещает до 1500 пассажиров, включая 344 сидячих мест.

В книге Е.М. Лобанова «Транспортная планировка городов» [2] рассматривается оптимальная плотность магистральной сети (1 км/км²) в зависимости от уровня автомобилизации, а также необходимость объездных дорог для городов с высокой плотностью населения. Отмечается, что высокая автомобилизация невозможна в таких городах: уровень автомобилизации часто не превышает 150 машин на 1000 жителей, тогда как средний показатель по стране составляет 300–500.

В связи с тем, что общественный транспорт становится основным видом транспорта в крупных городах, это улучшает доступность и облик городов. Проблемам транспортной доступности городских территорий посвящена книга Я. Цибуки «Качество пассажирских перевозок в городах» [3]. Автор исследует вопросы транспортной доступности городских территорий. В работе подробно рассматриваются ключевые показатели, характеризующие качество пассажирских перевозок и их влияние на жизнь горожан. Особое внимание уделяется анализу показателей транспортной доступности, включая характеристики транспортных корреспонденций, а также оценивается влияние развития общественного транспорта на транспортные потоки и общую эффективность городской транспортной системы.

В работе Р. Вучика [4] говорится, что проблема развития транспортной системы в агломерациях заключается в предпочтении одного вида транспорта другим при планировании и финансировании. Это приводит к игнорированию потребностей различных групп населения, в зависимости от плотности населения, структуры района и потребностей жителей. Эффективность транспорта зависит от условий его использования, поэтому важно учитывать разнообразие транспортных систем для удовлетворения всех потребностей.

Главная цель развития системы пассажирского транспорта – обеспечение удобства и комфорта для пассажиров. Поэтому при планировании и строительстве инфраструктуры пассажирского транспорта необходимо в первую очередь ориентироваться на потребности населения. Это включает в себя:

1. Оптимальное покрытие всех районов города: Обеспечение доступности транспорта для всех районов города с учетом плотности населения и существующих транспортных потоков.
2. Учет перспектив развития города: Планирование транспортной инфраструктуры должно проводиться с учетом перспектив развития города и изменений в распределении населения и промышленных зон. Транспортная система должна формироваться параллельно с развитием городской среды и учитывать все изменения городской структуры.
3. Обеспечение удобной и соизмеримой по скорости альтернативы личному автомобилю: Развитие высокоэффективного общественного транспорта должно обеспечивать пассажирам удобную и привлекательную альтернативу личному автомобилю, снижая загруженность дорог и негативное воздействие автотранспорта на городскую среду.

Материалы и методы

Пассажирский транспорт играет ключевую роль в городском развитии, определяя доступность территорий, уровень экологической обстановки, безопасность и благоустройство. Поэтому планирование системы транспорта должно в первую очередь учитывать доступность для населения, скорость перемещения между районами и распределение пассажиропотоков. Методика планирования основана на многокритериальном подходе и включает:

• Оценку времени сообщений между ключевыми территориями города (связанности направлений).
• Оценку покрытия территорий (доступности пассажирского транспорта).
• Оценку распределения пассажиропотоков (удобства пользования).
• Оценку планирования территорий.

В данной работе в качестве примера для реализации была использована сеть метрополитена Санкт-Петербурга.

Первый этап исследования включает анализ территориальной структуры города. На этом этапе при помощи анализа территорий была выявлена ключевая проблема связанности городских территорий, районов, представляющих крупные населенные пункты и производственные территории. На основе анализа связанности районов определяется вариант решения, который будет положительно влиять на общую связанность города. Далее, исходя из характеристик районов города, численности населения, развитости промышленных зон и целей городского планирования, определяются потенциальные места размещения станций. Кроме того, первый этап предполагает установление четких ограничений и параметров для развития зон, в рамках которых размещаются будущие станции.

На втором этапе разрабатываются и сравниваются различные сценарии развития транспортной системы. Формируются решения, основанные на существующих проблемах транспортного развития. Сравниваются текущее и перспективное планируемые решения, а также решения, направленные на улучшение связанности районов города с учетом покрытия развивающихся районов и разгрузки зон с повышенным транспортным потоком. Сравнение вариантов осуществляется с учетом оценок эффективности покрытия территорий, степени связанности районов, распределения пассажиропотоков и потенциала для дальнейшего развития транспортной системы.

На третьем этапе проводится многокритериальный анализ при помощи метода анализа иерархий. Он позволяет выбрать рациональный вариант развития общественного транспорта, который наилучшим образом соответствует установленным критериям и задачам.

В настоящее время многокритериальные задачи получили широкое распространение в области пассажирского транспорта. Многокритериальной оценке транспортных систем посвящены работы [5–7]. Однако существующие оценки эффективности транспортных систем зачастую слишком разрозненны, тогда как для данной работы они более конкретны. В частности, многие критерии, такие как: экологичность и безопасность, непосредственно интегрированы в оценку, отражая характер метрополитена как системы. Важно отметить, что время перемещения в метрополитене определяется не транспортной загруженностью, а общей связанностью системы.

Широкое распространение получили исследования, посвященные сбору данных о поездках в общественном транспорте для планирования его развития, к ним относятся работы [8, 9]. Однако, следует учитывать, что значительные временные затраты на поездки в общественном транспорте часто приводят к предпочтению личного автотранспорта. В книге [10] были описаны результаты анкетирования, которые показали, что в районах без доступа к метро доля жителей, тратящих более 90 мин на поездку в общественном транспорте, достигает 12%. Напротив, в центральных районах города этот показатель составил менее 60 мин для 92% опрошенных. Более высокая степень доступности рабочих мест в пределах пешей досягаемости наблюдается в центральных районах по сравнению с периферийными зонами [10, с. 31–34]. Следует учитывать, что личный транспорт не пользовался популярностью лишь из-за его низкой распространенности на момент исследования. Взяв за пример районы на периферии г. Санкт-Петербурга, которые имеют ограниченный доступ к метро, например: муниципальные образования «Народный», «Гагаринское», при этом учитывая расположенные на небольшом отдалении промышленные зоны: Уткина заводь, Шушары, Кировский завод, можно предположить, что ввиду высокой автомобилизации и свободы автомобилепользования, большая часть поездок будет осуществляться на личном транспорте, что может оказать существенное влияние на прогнозируемые результаты транспортных расчетов.

1. Анализ транспортной системы Санкт Петербурга

Современная транспортная система г. Санкт-Петербурга в полной мере не соответствует потребностям населения. Существующая маршрутная сеть, сформированная десятилетия назад, ориентирована на устаревшие модели расселения и не учитывает современные реалии. Одной из проблем является направление большинства маршрутов общественного магистрального транспорта в настоящее время в центр города. При формировании такой модели концентрация маршрутов в центре города была оправдана более низкой плотностью населения на периферийных районах. Однако сейчас наблюдается острая нехватка современного высокопроизводительного транспорта во многих районах, что приводит к перегрузкам существующих маршрутов и неудобствам для пассажиров, а также к увеличению доли использования личных автомобилей, что негативно сказывается на плотности движения и приводит к задержкам в пути. Сейчас город активно развивается, и к уже сформированным ранее жилым районам добавляются новые. Очевидно, что наибольший потенциал для дальнейшего роста и развития сейчас сосредоточен в периферийных районах города. Анализ данных за последние годы подтверждает эту тенденцию: прирост населения наблюдается преимущественно в отдаленных от центра районах. На Рис. 1 представлена динамика изменения численности населения за последние годы. Данные показывают рост населения в периферийных зонах города, в то время как в центральных районах, за исключением Васильевского острова, наблюдается снижение численности населения.

Рис. 1. Динамика изменения численности населения Санкт-Петербурга

Fig. 1. Population changes in St. Petersburg

Развитие городской периферии, характеризующееся ростом населения и урбанизацией, приводит к увеличению транспортной нагрузки. Центральные районы, являясь историко-культурными и туристическими центрами, испытывают перегрузку транспортных узлов вследствие транзитного трафика метрополитена и потоков с вокзалов. Недостаточная связность периферийных зон общественным транспортом негативно влияет на мобильность населения и функциональность транспортной системы в целом.

1.1. Основные цели развития города.

В планах развития города значится решение проблем, связанных с расширением метрополитена. Основные цели этого расширения продиктованы потребностями дальнейшего развития городской инфраструктуры:

• Покрытие новых густонаселенных зон: проектируется продление линий 5 и 6 метрополитена для улучшения доступа к недавно сформировавшимся жилым районам.
• Улучшение доступа к аэропорту: планируется продление 1-й линии метро, что существенно повысит доступность аэропорта и туристическую привлекательность города.
• Разгрузка центральных участков: Строительство кольцевой линии метрополитена должно разгрузить центральные участки от пассажиропотока, оптимизируя транспортные потоки.

Однако, кроме этого, стоит обратить внимание на общую связанность города, поскольку в условиях уже сформированных районов достаточно сложно обеспечить ее наземным транспортом. Тенденция к увеличению численности населения, формирование зон массового жилищного строительства и производственных зон на отдалении от центра города подчеркивает потенциальную необходимость развития эффективного общественного транспорта в этих районах с целью обеспечения их связанности.

Одним из перспективных вариантов развития является строительство новой линии метро от аэропорта Пулково, связывающей районы по периметру от центра города. Благодаря расположению аэропорта на юго-западе города, в непосредственной близости от городской территории, существует возможность создания связующих линий от аэропорта. Это позволит решить сразу несколько задач: обеспечить более удобный доступ к аэропорту, разгрузить центральные транспортные линии города и улучшить транспортную связь между различными частями города. Такая линия также предоставит транспортную доступность многим районам и сократит время в пути для гостей города, улучшив их возможности для пересадок. Кроме того, при данном варианте первую линию можно будет продлить в сторону проспекта Маршала Жукова, что обеспечит покрытие территорий в плотно заселённых спальных районах. Когда как текущие планы по продлению первой линии через аэропорт в сторону новых развивающихся территорий нецелесообразны и впоследствии могут привести к перегрузке линии, поскольку даже несмотря на проектировку 6-й линии, станция метро Проспект Ветеранов будет ближайшей для муниципального округа Ульянка и Красносельского направления.

Альтернативным вариантом развития транспортной системы является перенаправление железнодорожных линий Гатчинского и Ломоносовского направлений в сторону аэропорта. Однако этот вариант имеет ряд существенных недостатков по сравнению с метрополитеном: электричка более обособлена, чем метро, в большинстве случаев потребуется пересадка; интервалы движения, особенно во внепиковое время, значительно больше, чем у метро; увеличится время в пути для развивающихся районов, прилегающих к электричке (Красное Село, Петергоф, Горелово, Дудергоф, Южный). Эти районы находятся вдали от города, поэтому вести к ним метро нецелесообразно, как и одновременно прокладывать метро и электричку к аэропорту.

В работе М. Дедика отмечается важность прямолинейности железнодорожных направлений для оценки транспортного обслуживания пассажирских железнодорожных путей, поскольку благодаря своей прямолинейности они обеспечивают наименьшее время в пути для отдаленных районов [11]. В связи с этим, перенаправление маршрутов электропоездов может не привести к желаемому улучшению работы электричек в будущем. Тогда как предлагаемая связывающая линия метрополитена может стать эффективной заменой планируемой кольцевой линии. Далее Рис. 2 представлен план, демонстрирующий сравнительную эффективность строительства кольцевой линии и альтернативной полукольцевой от аэропорта. Также выделен вариант, обеспечивающий наилучшую связанность городских территорий, который минимизирует общее расстояние маршрутов между станциями и время следования соответственно. Однако, помимо этого, расположение линии должно обеспечивать наибольший охват плотно заселенных территорий и производственных зон, а также способствовать созданию транспортных узлов.

Рис. 2. Расположение станций кольцевой и альтернативной линий

Fig. 2. Location of stations on the circle and alternative lines

Рис. 2 показывает, что большинство станций проектируемой кольцевой линии расположены за линией, обеспечивающей наилучшую связанность линий метрополитена. Альтернативная линия, большинство станций которой совпадают со связующей линией, также хорошо обеспечивает доступ к метрополитену для густонаселенных районов, таких как Пороховые, Народный, Георгиевский и Коломяги, которые в настоящее время не имеют станций метро и не охвачены планируемой кольцевой линией. Сравнение пешеходной доступности станций и альтернативной линии представлено на Рис. 3.

Рис. 3. Пешеходная доступность станций кольцевой и альтернативной линий

Fig. 3. Pedestrian connectivity of the circle and alternative line stations

2. Оценка характеристик планируемой и альтернативной линий метрополитена

Для сравнительной оценки предлагаемой линии и планируемой кольцевой линии будут использованы ключевые показатели эффективности работы метрополитена:

1. Показатель покрытия, характеризующий доступность метрополитена для населения. Этот показатель отражает соотношение численности населения, обеспеченного доступом к метрополитену, и общей протяженности линии. Он позволяет оценить, насколько эффективно используется существующая инфраструктура и насколько оптимально размещаются новые станции. Более высокое значение свидетельствует о большей эффективности использования ресурсов.
2. Показатель связанности, характеризующий влияние на скорость передвижения. Данный критерий оценивает изменение времени в пути между различными районами города. Он определяется количеством станций, которые необходимо преодолеть для поездки между двумя точками. Снижение количества промежуточных станций указывает на повышение скорости передвижения пассажиров.
3. Показатель распределения пассажиропотока: Анализ этого критерия позволит оценить, как предлагаемая линия повлияет на загруженность станций. Оптимальный вариант предполагает уменьшение количества перегруженных станций и более равномерное распределение пассажиропотоков по всей сети метрополитена.
4. Показатель потенциала развития. Этот показатель оценивает возможности дальнейшего расширения и развития, как самой рассматриваемой линии, так и всей транспортной системы города в целом. Он учитывает перспективы интеграции с другими видами транспорта, возможность подключения новых районов и перспективные направления развития города. Оценивается потенциал для всей транспортной сети, а также для ее будущего развития в целях формирования новых районов.

В задачах транспортного планирования, особенно в условиях развитой городской сети, достижение оптимального решения по отдельным критериям зачастую невозможно. Многие аспекты транспортных задач не связаны между собой и требуют компромисса, поэтому вводится многокритериальная оценка.

2.1 Расчет показателя связанности территорий

Помимо общего покрытия населения, особо важно обеспечить связанность станций метро между собой, это прямо влияет как на затрачиваемое время в пути для преодоления межрайонных корреспонденций, так и на загруженность пересадочных станций.

Далее проведен анализ изменения транспортных корреспонденций между станциями метрополитена с учетом возможного строительства новых линий. Планируемая кольцевая линия, и предлагаемая альтернативная линия будут способствовать улучшению транспортной связанности различных районов города, сокращая время в пути между ними. Ключевым показателем эффективности в данном случае является скорость сообщения между станциями, которая определяется количеством станций, которые необходимо преодолеть для поездки между двумя заданными пунктами. Среднее значение этого показателя для каждой станции рассчитано по формуле (1). Снижение данного показателя свидетельствует об увеличении средней скорости корреспонденций и улучшении взаимодействия станции с другими районами города.

$U_{ci}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}u\iff u_i}}{N}$, (1)

где $u\iff u_i$ – корреспонденция между станцией с другими станциями; N – количество станций.

Далее можно рассчитать суммарный показатель скорости сообщений между станциями по формуле (2):

${\text{П}}_{\text{сс}}=\sum _{i=1}^n{U}_{ci}$. (2)

Ниже приведены Табл. 1–5 с результатами расчетов корреспонденций для текущего состояния и с учетом проектируемых линий. В них показано, как изменится количество станций, которые нужно преодолеть при поездках в южном и северном направлениях, от каждой из станций.

Табл. 1. Расчет изменения связанности для первой линии

Table 1. Calculation of connectivity changes for the first line

Табл. 2. Расчет изменения связанности для второй линии

Table 2. Calculation of connectivity changes for the second line

Табл. 3. Расчет изменения связанности для третьей линии

Table 3. Calculation of connectivity changes for the third line

Таблица 4. Расчет изменения связанности для четвертой линии

Table 4. Calculation of connectivity changes for the fourth line

Табл. 5. Расчет изменения связанности для пятой линии

Table 5. Calculation of connectivity changes for the fifth line

Итоговые таблицы показывают, что все варианты линий демонстрируют значительное улучшение связанности районов по отношению к текущий ситуации. Альтернативная и Связывающая линии показали сопоставимые результаты, существенно превосходящие планируемую линию. Помимо общего значительного улучшения показателя времени корреспонденций (ожидаемое снижение на 40–45% для линий 1, 2, 3 и 5), важно учитывать, что в расчёты не были включены 16 станций в центральной части города, что обусловлено приоритетным вниманием к периферийным районам. Для станций, расположенных в районах с развитой промышленностью и застройкой, снижение времени корреспонденций оказалось наиболее значительным. Например, на станциях Проспект Ветеранов, Московская, Купчино, Удельная, Площадь Мужества, ожидается снижение времени поездок в среднем более чем на 50 %. Это также приведет к потенциальной разгрузке центра города и его вокзалов. Например, поездка от Проспекта Большевиков до площади Мужества сократится с 9 до 4 станций, а до Удельной с 10 до 6. Это особенно важно для утренних корреспонденций между жилыми и промышленными зонами, такими как Улица Дыбенко – Площадь Мужества, Большевиков – Пролетарская. В результате чего в часы пик нагрузка на Ладожский вокзал снизится.

Проблема перегрузки станций метрополитена является актуальной и оказывает существенное влияние на эффективность функционирования всей транспортной системы города. Об этой проблеме говорится в работах Гореева А.Э. и Рыжова В.Ю. [12, 13].

2.2 Расчет эффективности покрытия

Поскольку метро является дорогостоящим и высокопроизводительным, его использование актуально в условиях высокой плотности населения. Поэтому эффективность покрытия метрополитеном агломераций с высокой плотностью населения является ключевым фактором для формирования линий.

Показатель эффективности покрытия рассчитывается по формуле (3) и определяется как отношение численности населения агломераций, покрываемых новыми станциями, к общей длине линий.

${\text{П}}_{\text{ЭП}}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{R}_i}}{L}$ (3)

где R_i – численность населения округа покрываемого новой станцией; L – общая длина линии.

Далее представлены Табл. 6–8, демонстрирующие характеристики численности населения районов, полностью или частично охватываемых станциями планируемой альтернативной и связывающей линиями метрополитена.

Табл. 6. Расчеты покрытия кольцевой линии

Table 6. Circle line coverage calculations

Табл. 7. Расчеты покрытия альтернативной линии

Table 7. Alternative line coverage calculations

Табл. 8. Расчеты покрытия связывающей линии

Table 8. Link line coverage calculations

Сравнение данных Табл. 6 и 7 указывает на то, что альтернативная линия будет проходить через более густонаселенные районы, что приведет к значительно большей эффективности покрытия по сравнению с планируемой кольцевой линией. Более высокая плотность населения в зоне действия альтернативной линии означает, что она обеспечит транспортным сообщением большее количество жителей, что, в свою очередь, повысит эффективность использования ресурсов и снизит транспортную нагрузку на другие виды транспорта. Разница в показателях эффективности покрытия наглядно демонстрирует преимущества альтернативной линии метрополитена.

2.3 Расчет показателя эффективности распределения

Анализ полученных результатов показывает существенную неравномерность распределения существующей структуры метро и перегрузку некоторых станций. Для большинства округов, расположенных в Красносельском районе, приоритетными направлениями сейчас являются станции метро Проспект Ветеранов и Автово, что создает существенную нагрузку на эти станции. В Невском районе «Народный» и «54-й» муниципалитеты расположены на значительном удалении от действующих станций метро, что приводит к дополнительной нагрузке на станцию Дыбенко, находящуюся в плотно населенном районе. В целом по городу есть ряд округов, где нет станций метро, а ближайшая находится на значительном отдалении. Такие округа, как Гагаринский, Новомихайловский, Георгиевский и Купчинский лишены станций метро в своих границах, а ближайшие станции Купчино, Московская и Международная находятся на значительном расстоянии. При этом в районах проходят железнодорожные пути, что порой дополнительно снижает доступность метро для этих округов.

Стоит также отметить, что на станцию Купчино действует значительная нагрузка со стороны Пушкинского района. Также в будущем планируется создание новой трамвайной сети, которая ещё больше свяжет со станцией метро Купчино густонаселённые районы Шушары и Славянки, численность населения которых уже сейчас составляет более 133 500 человек. Кроме того, к станции ведут пути из Пушкина и Павловска, и нагрузка на станцию составит более 300 000 человек.

В качестве показателя распределения населения между станциями можно рассмотреть среднее квадратичное отклонение. Этот показатель характеризует степень неравномерности распределения пассажиропотока, отражая дисбаланс в загрузке различных станций. Далее по следующей формуле можно рассчитать показатель эффективности распределения пассажиропотока.

${\text{П}}_{\text{ЭР}}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{(g_{\text{c}i}-g_{\text{cр}})}^2}}{N}}$ (4)

где g_ci – доля нагрузки пассажиропотока, приходящаяся на станцию; g_ср – среднее значение нагрузки на 1 станцию в долях; N – количество станций.

В сравнении с эффектом от планируемой кольцевой линии альтернативный вариант демонстрирует значительные преимущества в плане эффективности распределения пассажиропотоков. Кольцевая линия оказывает меньшее влияние на разгрузку перегруженных станций Проспект Ветеранов и Дыбенко, поскольку ее трасса проходит на значительном удалении от них. Кроме того, перспектива продления первой линии в направлении Маршала Жукова позволит дополнительно разгрузить станции Проспект Ветеранов и Автово. Также, в отличие от планируемой линии, альтернативная линия проходит через железнодорожную станцию Проспект Славы, что позволит снизить нагрузку на станцию метро Купчино, поскольку для большей части населения из Пушкинского района пересадка на метро в районе проспекта Славы будет предпочтительнее.

2.4 Расчет показателя потенциала развития

Помимо большего охвата территорий по численности населения, положительного влияния на скорость передвижения в условиях города и распределения пассажиропотоков, предлагаемая линия метрополитена также оказывает положительное влияние на интеграцию с железнодорожным транспортом, связывая множество железнодорожных направлений. Это создает перспективные возможности для развития новых транспортных направлений, формирования современных пересадочных узлов и снижения нагрузки на центральные вокзалы города. Увеличение охвата территорий за счет интеграции с железнодорожной сетью обеспечит более эффективную работу транспортной системы.

В отличие от планируемой кольцевой линии, предлагаемая линия метрополитена обладает значительно большим потенциалом для дальнейшего развития и расширения. Ее гибкость позволяет реализовывать различные сценарии развития транспортной сети в соответствии с потребностями города. Например, линию можно продлить в сторону муниципального округа Коломяги. Это обеспечит лучшую транспортную доступность для жителей этого района и снизит нагрузку на другие участки транспортной сети. Альтернативным вариантом развития является направление линии в новые, пока еще не освоенные территории города. Гибкость планирования и возможность адаптации к меняющимся потребностям города делают предлагаемую линию более перспективной.

3. Многокритериальная оценка

Далее можно оценить значимость параметров, сравнить планируемую кольцевую линию, связывающую линию, обеспечивающую наилучшую связанность районов на данный момент, и альтернативную линию.

Поскольку каждый из критериев обладает высокой важностью, следует оценивать все критерии как значимые. В работе [14] ключевым критерием оценки рельсового транспорта была физическая доступность, характеризующая долю населения и рабочих мест в 20 минутах от станций [14, с. 53]. Помимо этого, улучшение доступности линий метрополитена повысит пассажиропоток и экономическую эффективность. Также важна связанность рельсовой системы, поскольку она определяет скорость перемещения внутри города. Например, Москва лидирует в мире по предсказуемости перемещений благодаря развитой сети метро и городских электричек, которые не зависят от дорожной ситуации.

В условиях Санкт-Петербурга значимую роль играют показатели распределения пассажиропотока и возможности городского развития. Поскольку в Санкт-Петербурге транспортная система не всегда успевает за ростом города, требуется разгрузка перегруженных станций и необходимо учитывать дальнейшее развитие линий. В связи с этим факторы распределения пассажиропотока и возможности городского развития получат значительный вес, близкий к 1, в многокритериальной оценке.

В таблице сравнения критериев и в таблицах сравнения альтернатив каждому критерию или альтернативе даются оценки относительно других на основании проведенных ранее расчетов. Затем эти оценки подвергаются математической обработке, которая позволяет определить вес каждого критерия и альтернативы. Вес собственного нормализованного вектора рассчитывается согласно:

$w{\text{'}}_i=\sqrt[n]{a_{i1}*a_{i2}*\mathrm{...}{a}_{in}},i=\overline{\mathrm{1,}n}$, (5)

где a_i1 – элемент матрицы парных сравнений в i–й строчке; n – количество критериев.

Далее рассчитываются оценки векторов, как отношения собственного нормализованного вектора к сумме нормализованных векторов по формуле:

$w_i=\frac{w{\text{'}}_i}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}w{\text{'}}_i}}$. (6)

После составления таблиц по формулам можно рассчитать оценки векторов, для всех критериев. Расчеты по критериям представлены в Табл. 9. Аналогично рассчитываются оценки и для пунктов по каждому из критериев. После нахождения оценок векторов для всех критериев и всех пунктов по каждому из критериев можно найти оценку глобального вектора приоритетов по каждому из пунктов. Оценки глобального вектора представляют собой окончательное решение задачи и показывают, насколько предпочтительнее выбрать тот или иной пункт:

$W_i=\sum _{i=1}^k{w}_i*w{p}_i$ (7)

где w_i – оценки глобальных векторов критериев; wp_i – оценки глобальных векторов пунктов по каждому критерию; k – количество учитываемых критериев.

Табл. 9. Расчет весовых оценок критериев

Table 9. Calculation of weighted criteria scores

Расчеты векторов глобальных приоритетов по каждой из альтернатив представлены в Табл. 10.

Табл. 10. Расчеты оценки альтернатив

Table 10. Alternatives score calculations

По результатам общего анализа альтернативная линия оказалась лучше, так как помимо связи районов она обеспечила лучшую эффективность покрытия районов и распределение пассажиропотоков за счет влияния на перегруженные станции. К тому же альтернативная линия имеет больший потенциал для дальнейшего развития. Помимо этого, стоит учитывать, что наилучший на данный момент вариант связи города со временем будет смещаться, что станет дополнительным преимуществом в перспективе развития города. Планируемая кольцевая линия по всем параметрам показала наихудший результат.

Анализ и результаты

В Табл. 11 представлены результаты расчетов влияния новой линии метро на ключевые показатели эффективности работы системы. Анализ демонстрирует, что альтернативная линия обеспечивает значительное улучшение по большинству параметров.

Табл. 11. Анализ изменений

Table 11. Change analysis

Как видно из результатов, альтернативная линия обеспечивает наилучший результат по ряду основных показателей: увеличение доступности метро для 16% городского населения, значительное уменьшение нагрузки на перегруженные станции и линии, в целом распределение пассажиропотока будет более равномерным. Время корреспонденций между станциями сократится на 40%, что существенно ускорит перемещение пассажиров по городу (без учета 16 станций, расположенных в центральной части города, которые уже обладают хорошим уровнем связанности).

Альтернативная линия не только повышает эффективность работы всей системы, но и соответствует стратегическим целям развития городской инфраструктуры.

Обсуждение

В зарубежных исследованиях перспектив развития общественного транспорта часто используются методы комплексной оценки [7]. Однако значительная часть этих исследований опирается на субъективные данные пользователей, которые могут быть предвзяты и не всегда серьезно подходят к опросам.

Исследования, комбинирующие объективные и субъективные параметры [5], предлагают более сбалансированный подход. Однако при выборе стратегии развития общественного транспорта объективные показатели должны иметь первостепенное значение. Так, для метро ключевым индикатором эффективности является производительность. В [2] отмечается, что при пятикратном росте производительности линии метрополитена себестоимость перевозок может снизиться в десять раз. Поэтому наряду с другими параметрами необходимо уделять особое внимание критериям, отражающим реальную эффективность транспортной системы. Это включает в себя доступность территорий, обеспечение скорости транспортных корреспонденций и эффективность распределения пассажиропотоков для соответствия спросу и предложению. Кроме того, важно учитывать перспективы дальнейшего развития города, чтобы транспортная система могла развиваться согласованно с ним.

В [15] описаны ключевые параметры, определяющие целесообразность строительства скоростного магистрального транспорта: мощность пассажиропотоков, превышающая 10 тысяч пассажиров за сутки в одном направлении, что характерно для плотно заселённых зон; средняя дальность поездок более 5 километров, что характерно для больших городов; также автор подчеркивает важность обеспечения корреспонденций дом–работа [15].

Заключение

По итогу настоящей работы можно сделать вывод, что альтернативная линия метрополитена представляется более эффективной заменой планируемой кольцевой линии. Сравнение показывает, что альтернативный вариант превосходит кольцевую линию по нескольким ключевым показателям: обеспечивает более широкое территориальное покрытие, увеличивает скорость сообщения между районами и способствует более эффективному распределению пассажиропотоков.

Кроме того, строительство альтернативной линии окажет значительное положительное влияние на развитие города, обеспечив транспортную связь между отдаленными районами. Улучшение транспортной связанности периферийных районов станет катализатором их экономического и социального развития, значительно повышая доступность этих территорий для большинства жителей и гостей города. Интеграция новой линии метро с сетью пригородных электричек создаст предпосылки для их дальнейшего развития: сокращения интервалов движения и создания удобных пересадочных узлов за пределами центральных вокзалов, которые в данный момент перегружены пассажиропотоками многочисленных направлений. Кроме того, на центральных вокзалах усилены меры безопасности, из-за чего центральные вокзалы часто оказываются неудобными для пересадок из-за высокой загруженности и сложностей с обработкой пассажиропотоков.

Рекомендация

Доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения Фетисов Владимир Андреевич рекомендует данную статью к опубликованию.

About the authors

Danil D. Varkentin

Author for correspondence.
Email: danil98wark@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-9831-869X
SPIN-code: 4118-1273

graduate student

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Population changes in St. Petersburg

Download (216KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Location of stations on the circle and alternative lines

Download (357KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Pedestrian connectivity of the circle and alternative line stations

Download (609KB)

Indexing metadata