ANALIZA ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH I ROZBUDOWA MODELU WYBORU ŚRODKA TRANSPORTU

Transkrypt

1 PROBLEMY KOMUNIKACYJNE MIAST W WARUNKACH ZATŁOCZENIA MOTORYZACYJNEGO X Poznańska Konferencja Naukowo-Techniczna Poznań-Rosnówko Krystian BIRR* *) mgr inż., Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza /2, Gdańsk, krystian.birr@pg.gda.pl ANALIZA ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH I ROZBUDOWA MODELU WYBORU ŚRODKA TRANSPORTU W artykule poddano analizie potrzebę uwzględnienia dodatkowych czynników wpływających na wybór środka transportu w prognozowaniu podróży. Przedstawiono dotychczasowe badania wpływu wybranych czynników na podział zadań przewozowych. W oparciu o wyniki krajowych Kompleksowych Badań Ruchu zostały wykonane analizy zależności udziału podróży transportem zbiorowym w obszarach zurbanizowanych od wybranych czynników zewnętrznych. Słowa kluczowe: wybór środka transportu, modelowanie podróży, podział zadań przewozowych. WPROWADZENIE Modele podróży są jednymi z podstawowych narzędzi wykorzystywanych do prognozowania ruchu i dostarczeniu danych do analizy zasadności rozwoju miasta, a w szczególności jego sieci transportowej. Jednym z kluczowych etapów modelowania jest wyznaczenie udziału podróży poszczególnymi gałęziami transportu. Dotychczasowe podejście do modelowania podziału zadań przewozowych w zdecydowanej większości przypadków ogranicza się do uwzględnienia zmienności zachowań względem atrakcyjności poszczególnych środków transportu (indywidualnego i zbiorowego) wyrażanej stosunkiem uśrednionego czasu podróży tymi środkami transportu. Udział podróży danym środkiem transportu jest tym większy im mniejszy jest czas podróży względem alternatywnego środka transportu. Jakkolwiek, jak wskazują na to dotychczasowe badania, czas jest istotnym czynnikiem wpływającym na decyzję którym środkiem transportu dana osoba zrealizuje podróż, to niewątpliwym jest, że istnieją również inne czynniki, również mają wpływ na podejmowaną decyzję. Jednym z takich podstawowych czynników może być posiadanie samochodu osobowego. Obecnie stosowane uogólnione

2 Krystian BIRR podejście nie pozwala na dokładne odwzorowanie zachowań transportowych mieszkańców z uwzględnieniem ich możliwości przemieszczania się, preferencji oraz innych czynników zewnętrznych.. Problem zbyt uogólnionego podejścia do modelowania podziału zadań przewozowych jest szczególnie zauważalny podczas przeprowadzania analiz dotyczących rozwoju systemu transportowego dla stanów prognostycznych, w nieznana jest wartość czasu dla podróżnych, a także poziom skłonności do wyboru danego środka transportu. Prognozując zachowania transportowe w taki sposób pomija się tym samym czynniki wpływające na zmianę przyzwyczajeń, mentalności, będące efektem przykładowo edukacji lub zmiany statusu ekonomicznego. W efekcie takiego podejścia wykonywane prognozy ruchu nie są dokładne, a jednocześnie zachodzi ograniczona możliwość analizy scenariuszy uwzględniających wpływ innych czynników na udział podróży poszczególnymi środkami transportu (np. polityki transportowej). 2. DOTYCHCZASOWY STAN WIEDZY Ogólnym celem modelowania wyboru środka transportu jest odwzorowanie liczby użytkowników poszczególnych środków transportu oraz wielkości natężenia ruchu i potoków pasażerskich. Na podział zadań przewozowych wpływa wiele czynników, takich jak: odległość podróży [3], czas podróży, koszt podróży, komfort podróży (w tym komfort jazdy, ale też np. dostępność miejsc parkingowych), zagospodarowanie przestrzenne [2], dostępne środki transportu [5], dochód [], wiek [4], wykształcenie, motywacja (cel i charakter) podróży i inne. Badania nad wpływem każdego z tych czynników prowadzone są od wielu lat, nie został jednak opracowany uniwersalny model uwzględniający kilku najistotniejsze z nich dla stanów prognostycznych. W zdecydowanej większości przypadków powyższe analizy ograniczały się do wpływu danego jednego czynnika na podział zadań przewozowych. Na podstawie przeprowadzonych studiów literatury sformułowano następujące wnioski [-5]: istnieją modele podziału zadań przewozowych uwzględniające inne czynniki niż czas podróży, badane są wpływy różnych czynników na podział zadań przewozowych, jednak niewiele z nich jest wykorzystywane do modelowania podróży, brak analizy wpływu tych modeli na wynik makrosymulacji, istnieje potrzeba wykonania pogłębionych badań nad wpływem różnych czynników charakteryzujących podróżnych lub wpływających na ich decyzje w celu możliwie dokładnego odwzorowania oraz prognozowania wielkości podróży transportem zbiorowym w poszczególnych relacjach.

3 Analiza zmiennych objaśniających i rozbudowa modelu wyboru środka transportu 3. ANALIZA ZMIENNYCH OBJAŚNIAJĄCYCH 3.. Podział czynników ze względu na etapy podróży Celem uporządkowania czynników poprzez ich klasyfikację dokonano ich podziału na grupy względem znaczenia w poszczególnych etapach podróży. Wyróżniono zatem trzy grupy czynników związanych z: źródłem podróży, procesem przemieszczania się, celem podróży. Przyjęto, że czynniki związane ze źródłem podróży zawierają informacje charakteryzujące zarówno obszar i jego uwarunkowania przestrzenne, jak i gospodarstwo domowe użytkownika oraz samego użytkownika. Takimi czynnikami mogą być zatem: gęstość zamieszkania, wyznaczana liczbą mieszkańców lub powierzchni mieszkaniowej w stosunku do powierzchni obszaru; dostępność transportowa do obszarów centralnych miasta, lub też innych wszystkich innych rejonów całego obszaru (np. miasta); wartość gruntu lub ceny metra kwadratowego mieszkań. Ponadto spośród czynników charakteryzujących użytkowników transportu można wyróżnić przykładowo: wykształcenie, wiek, liczba dzieci w gospodarstwie domowym, dostępność do samochodu, dochód i inne. Do czynników związanych z procesem przemieszczania się zaliczono: motywację podróży, postrzegany czas podróży, koszt i komfort podróży, wyrażany przykładowo jako stosunek rzeczywistego czasu podróży w warunkach zatłoczenia ruchu do czasu podróży w warunkach ruchu swobodnego lub też w przypadku transportu zbiorowego jako standard pojazdów, a także komfort przesiadki lub po prostu liczba przesiadek. Istotnym elementem może być również dostępność do informacji dotyczącej możliwych sposobów realizacji podróży. Czynniki związane z celem podróży opisują cechy obszaru związanego z celem podróży, jak na przykład: dostępność, liczba miejsc parkingowych, opłaty za parkowanie. Oprócz powyższego podziału można dokonać dodatkowego podziału od względem nadawania wartości dla poszczególnych zmiennych. Jakkolwiek takie zmienne (ilościowe) jak wiek, dostępność samochodu, motywacja, czas, koszt itd. są łatwe do uzyskania, ponieważ wynikają z danych charakteryzujących użytkownika lub pomiarów empirycznych np. czasu podróży, tak zmienne o charakterze jakościowym są trudno mierzalne i do ich zbadania wymagane jest wykonanie specjalistycznych badań, przykładowo heurystycznych [6].

4 Krystian BIRR Rys.. Podział czynników ze względu na etapy podróży 3.2. Czas podróży Czas podróży (rzeczywisty lub postrzegany) jest obecnie podstawową zmienną wykorzystywaną w modelowaniu podziału zadań przewozowych. Zastosowanie postrzeganego czasu podróży pozwala na uwzględnienie dodatkowych czynników wpływających na odczuwalny przez użytkownika komfort podróży, jak np. liczba przesiadek, czas oczekiwania, czas dojścia do przystanku itd.. Standardową funkcję wykorzystywaną w modelach makroskopowych przedstawiono poniżej: PJT = a IVT + b ACT + c EGT + d WT + e OWT + f TWT + g NT (.) gdzie: PJT postrzegany czas podróży, IVT sumaryczny czas jazdy środkami transportu, ACT czas dojścia do pierwszego przystanku, EGT czas dojścia do celu podróży z ostatniego przystanku, WT sumaryczny czas przejścia pomiędzy przystankami pośrednimi, OWT czas oczekiwania na pojazd na pierwszym przystanku, TWT sumaryczny czas oczekiwania na pojazdy podczas przesiadek, NT liczba przesiadek, a,b,c,d,e,f,g parametry funkcji. Stosunek czasu podróży transportem indywidualnym i zbiorowym w zestawieniu z udziałem podróży jednym z tych środków transportu (rys. 2) pozwala na określenie skłonności do wyboru danego środka transportu, na podstawie porównania oferty obu tych środków. Wyniki badań przedstawiają dość czytelną zależność wzrostu prawdopodobieństwa wyboru samochodu w przypadku kiedy

5 Udział podróży TI Udział podróży TI Udział podróży TI Analiza zmiennych objaśniających i rozbudowa modelu wyboru środka transportu postrzegany czas podróży transportem zbiorowym jest kilka razy dłuższy. Ponadto porównując wyniki badań dla Gdańska i Krakowa można zauważyć pewną różnicę pomiędzy wartościami stosunku czasu podróży, a udziałem podróży danym środkiem transportu. Z badań wynika, że mieszkańcy Krakowa są bardziej skłonni do skorzystania z usług transportu zbiorowego biorąc pod uwagę powyższy stosunek czasu podróży, co może być spowodowane właśnie czynnikami zewnętrznymi. Stosunek czasu podróży TI/TZ Stosunek czasu podróży TI/TZ 0,8 0,6 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 Iloraz czasu podróży TI/TZ Rys. 2. Udział podróży TI względem ilorazu czasu podróży TI/TZ (a - Gdańsk [7], b - Kraków [8]) 3.3. Dostępność do samochodu 0,8 0,6 0,4 0,2 Kolejną zmienną, która istotnie wpływa na sposób realizacji podróży jest dostępność do samochodu osobowego. Poprzez tę dostępność można rozumieć zarówno posiadanie prawa jazdy, jak i fizyczną dostępność pojazdu do możliwego do wykorzystania w danym czasie, co można w sposób uproszczony wyrazić jako liczbę samochodów przypadających na osobę w gospodarstwie domowym. Zależności te przedstawiono na rys. 3, gdzie zaobserwowano wzrost prawdopodobieństwa wyboru samochodu osobowego wraz ze wzrostem jego dostępności ,2 0,4 0,6 0,8,2,4,6 Iloraz czasu podróży TI/TZ Dostępność samochodu 0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80,00,20,40 Rys. 3. Udział podróży TI względem dostępności do samochodu (a Gdańsk [7], b Kraków [8]) 0,8 0,6 0,4 0,2 Liczba samochodów przypadajaca na osobę w gospodarstwie domowym

6 Udział podróży TI Udział podróży TI Krystian BIRR 3.4. Wykształcenie Zależność dotycząca wyboru środka transportu można zauważyć także względem wykształcenia użytkowników (rys. 4). Analiza wyników badań wskazuje na wzrost udziału podróży transportem indywidualnym wraz z poziomem wykształcenia (osoby z wyższym wykształceniem wybierają samochód w ponad 50% przypadków, tymczasem, osoby o wykształceniu zawodowym jedynie w prawie 30% przypadków. Wyjątkiem są jednak podróże uczniów szkoły podstawowej, które w 40% przypadków są realizowane samochodem, co wynika z coraz częściej obserwowanego zjawiska zawożenia przez rodziców dzieci do szkół. Aby przedstawić tę zależność w inny sposób dokonano zestawienia udziału podróży realizowanych samochodem osobowym względem udziału osób z wyższym wykształceniem w rejonie transportowym (rys. 4) uzyskując tym sposobem potwierdzenie zależności, iż prawdopodobieństwo wyboru samochodu wzrasta wraz ze wzrostem udziału osób z wyższym wykształceniem, które zapewne ma również związek z rodzajem wykonywanej pracy. 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,0 Wykształcenie 0,00 pieszo rower TZ TI uczeń w szkole podstawowej podstawowe gimnazjalne zawodowe średnie policealne/pomaturalne wyższe Rys. 4. Udział podróży TI względem wykształcenia [7],00 0,80 0,60 0,40 0,20 Wykształcenie wyższe 0,00 0,00 0,0 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Udział osób z wyższym wykształceniem Rys. 5. Udział podróży TI względem udziału wyższego wykształcenia [7] 3.5. Motywacja podróży Motywacja podróży jest kolejnym czynnikiem, dla którego wyniki badań zachowań transportowych wskazują wpływ na prawdopodobieństwo wyboru środka transportu. Największe prawdopodobieństwo wyboru indywidualnego środka transportu zachodzi dla motywacji niezwiązanej z domem, co wskazuje także na zwiększoną mobilność osób korzystających z samochodu, oraz dla motywacji związanych z pracą. Zaś najniższy udział podróży samochodem osobowym na rzecz transportu zbiorowego i podróży pieszych, odnotowano dla motywacji dom-inne i inne-dom. Wykazane różnice w prawdopodobieństwie wyboru środka transportu wskazują na potrzebę wykorzystania tego czynnika w modelowaniu podziału zadań przewozowych.

7 Udział podróży TI Udział podróży TI Analiza zmiennych objaśniających i rozbudowa modelu wyboru środka transportu 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,0 Motywacje podróży dom-praca praca-dom dom-nauka nauka-dom dom-inne inne-dom 0,00 pieszo rower TZ TI nie związane z domem Rys. 6. Udział podróży TI względem motywacji podróży [7] 3.6. Gęstość zaludnienia Celem identyfikacji zależności pomiędzy strukturą zabudowy mieszkaniowej, a podziałem zadań przewozowych dokonano zestawienia gęstości zaludnienia w rejonie transportowym względem prawdopodobieństwa wyboru samochodu do realizacji podróży. Uzyskany w ten sposób wynik wskazuje, iż w rejonach o bardzo niskiej gęstości zaludnienia prawdopodobieństwo wyboru samochodu jest istotnie wyższe niż rejonach o wyższej gęstości. Zależność ta zapewne wynika z ograniczonej oferty transportu zbiorowego dla tych rejonów, ale także może wynikać z zamożności mieszkańców danego rejonu, która również przyczynia się do zwiększenia skłonności do podróży samochodem. Gęstość zaludnienia 0,8 0,6 0,4 0, Liczba mieszkańców (tys.) na km 2 Rys. 7. Udział podróży TI względem gęstości zaludnienia [7]

8 Udział podróży TI Krystian BIRR 3.7. Dostępność transportowa Ostatnim analizowanym w niniejszym referacie czynnikiem jest dostępność rejonu transportowego liczona dla każdego ze środków transportu i wyrażona jako odwrotność czasu podróży będącą średnią ważoną czasu podróży do i z innych rejonów transportowych i liczby podróży do i z tych rejonów. D i = D i TI D i TZ = j T TI ij Nij TI i= j N TI i= ij j T TZ ij Nij TZ i= j N TZ i= ij, (.2) gdzie: D i dostępność rejonu i, T ij czas podróży między rejonem i i j, N ij liczba podróży między rejonami i i j, indeksy TI, TZ odpowiednio transportem indywidualnym, transportem zbiorowym Wyznaczona w ten sposób dostępność może stanowić informację o możliwości odbycia podróży poszczególnymi środkami transportu oraz ich atrakcyjności. Przykładowo w danym rejonie transportowym może występować atrakcyjna oferta transportu zbiorowego w relacji do centrum miasta, ale brak dobrej oferty w innych kierunkach (np. wzdłuż obwodnicy do innych części miasta) może skutkować potrzebą realizacji podróży (a właściwie dziennego łańcucha podróży) za pomocą alternatywnego środka transportu. Zestawiając ze sobą dostępność rejonu transportem indywidualnym i zbiorowym zauważa się również pewną zależność: im większa dostępność transportu indywidualnego względem transportu zbiorowego, tym większe jest prawdopodobieństwo wyboru tego pierwszego (rys. 8). Dostępność transportowa 0,8 0,6 0,4 0, Dostępność TI / Dostępność TZ Rys. 8. Udział podróży TI względem dostępności transportowej [7]

9 Analiza zmiennych objaśniających i rozbudowa modelu wyboru środka transportu 4. ROZBUDOWA MODELU WYBORU ŚRODKA TRANSPORTU Przedstawione w poprzednim rozdziale przykładowe czynniki wykazujące zależność względem udziału podróży poszczególnymi środkami transportu można wykorzystać w celu dokładniejszego odwzorowania prawdopodobieństwa wyboru środka transportu użytkowników w realizacji podróży określonej relacji. W tym celu niezbędne jest sformułowanie modeli wieloczynnikowych. Jedną z metod pozwalających na prognozowanie wyboru środka transportu z wykorzystaniem wielu czynników jest metoda oparta na określeniu użyteczności każdego ze środków transportu m: U m = a x + b x c x n, (.3) gdzie: x,x 2,,x n zmienne funkcji użyteczności (czynniki, np. czas podróży transportem indywidualnym) a,b,c parametry modelu W oparciu o wyznaczone w ten sposób użyteczności każdego ze środków transportu oblicza się prawdopodobieństwo jego wyboru do realizacji podróży w relacji ij zgodnie ze wzorem: P ijm = ey U ijm e y U ijm k, (.4) gdzie: P ijm prawdopodobieństwo wyboru środka transportu m do realizacji podroży między rejonami i j, U ijm użyteczność środka m w podróży relacji i j, y parametr modelu. Budowa wieloczynnikowych modeli podziału zadań przewozowych wykorzystująca opisane w niniejszym referacie czynniki, a także inne będzie bezpośrednim kolejnym krokiem badań autora. 5. PODSUMOWANIE Model podziału zadań przewozowych stanowi istotny etap w modelowaniu podróży, a jego znajomość ma istotne znaczenie dla prowadzenia właściwej polityki transportowej w miastach. Przedstawione w niniejszym referacie czynniki wykazujące zróżnicowany stopień zależności względem prawdopodobieństwa wyboru danego środka transportu, mogą zostać wykorzystane w modelowaniu podziału zadań przewozowych. Uwzględnienie tych i dodatkowych, wymienionych m.in. wymienionych w rozdziale 2 i innych czynników może wpłynąć pozytywnie na jakość modelu. Ponadto pozwoli to na:

10 Krystian BIRR uwzględnienie zmian zachowań transportowych podróżnych, wynikających z różnych czynników zewnętrznych, w tym również polityki transportowej dla stanów prognostycznych. możliwość opracowania scenariuszy efektów polityki transportowej. ocena trafności polityki transportowej. ocena efektywności zarządzania mobilnością, efektywności polityki parkingowej i innych działań. Niniejszy referat stanowi przyczynek do planowanego podjęcia omawianej tematyki w pracy doktorskiej autora. Referat ma na celu scharakteryzowanie problemu oraz skrótowe przedstawienie wybranych wyników procesu poszukiwania zmiennych objaśniających możliwych do zastosowania w modelowaniu podziału zadań przewozowych Z uwagi na powyższe kolejnym celem autora jest próba rozbudowy modelu wyboru środka transportu o wybrane najistotniejsze czynniki opisane w niniejszym referacie. MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE [] Balcombe, R., Mackett, R., Paulley, N., Preston, J., Shires, J., Titheridge, H., Wardman, M., White, P., The Demand for Public Transport: A Practical Guide. TRL Report 593. [2] Faron A.: Wpływ wybranych czynników struktury funkcjonalno-przestrzennej miasta na podział zadań przewozowych, rozprawa doktorska, Kraków 204. [3] Kim, S., Ulfarsson, G.F., Curbing automobile use for sustainable transportation: analysis of mode choice on short home-based trips. Transportation 35 (6), [4] Sabir, M., 20. Weather and Travel Behaviour. PhD Thesis, Department of Spatial Economics, Faculty of Economics and Business Administration, Vrije Universiteit Amsterdam. [5] Scheiner, J., 200. Interrelations between travel mode choice and trip distance: trends in Germany Journal of Transport Geography 8(), [6] Szarata A., Podział zadań przewozowych - przegląd modeli oraz zastosowanie wnioskowania rozmytego, VI Konferencja naukowo-techniczna z cyklu: Problemy komunikacyjne miast w warunkach zatłoczenia motoryzacyjnego - "Wspomaganie decyzji w projektowaniu i zarządzaniu transportem", Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej Odział w Poznaniu, Poznań maja 2007 r., str [7] Kompleksowe Badania Ruchu Gdańsk 2009, [8] Kompleksowe Badania Ruchu Kraków 203. EXPLANATORY VARIABLES AND EXTENSION OF MODAL SPLIT MODEL ANALYSIS The article analyzes the need to consider additional factors influencing the choice of means of transport in travel forecasting. Existing research shows the influence of selected factors on modal split. Based on the results of the national Comprehensive Traffic Studies have been done according to the analysis of the share of public transport travel in urban areas of selected external factors. Keywords: modal split, travel modelling