SYSTEM MOBILNO CI NA OBSZARACH MIEJSKICH

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 97 Transport 2013 Norbert Chamier-Gliszczy ski Politechnika Koszali ska, Instytut Technologii i Edukacji SYSTEM MOBILNO CI NA OBSZARACH MIEJSKICH R kopis dostarczono, kwiecie 2013 Streszczenie: W artykule przedstawiono koncepcj budowy systemu mobilno ci na obszarach miejskich. Wyszczególniono poszczególne elementy systemu, a nast pnie zastosowano formalizacj matematyczn do opisu struktury systemu. Odwzorowano poszczególne przemieszczenia realizowane pieszo jak i rodkami transportu. rodki transportu w przemieszczeniach poddano parametryzacji jak równie same przemieszczenia i elementy struktury systemu b d ce charakterystycznymi punktami podró y realizowanych na obszarach zurbanizowanych. S owa kluczowe: mobilno, system mobilno ci na obszarach miejskich, przemieszczenia 1. WPROWADZENIE Istotnym elementem dla obszarów miejskich jest zbiorowo ludzi wraz z ich potrzebami, d eniami i yciowymi aspiracjami oraz warstwa pod o a gospodarczego. To ich aktywno generuje konieczno przewozu adunków, przesy ania informacji, a przede wszystkich potrzeb przemieszczania osób. Potrzeby przemieszczania w przestrzeni wynikaj z braku czasowej i przestrzennej zgodno ci mi dzy elementami niezb dnymi do dzia alno ci gospodarczej i spo ecznej cz owieka, czyli nie wszystkie potrzeby ludzkie mog by zaspakajane w danym miejscu [6]. Odzwierciedleniem realizacji potrzeby przemieszczania jest podró rozumiana jako przemieszczenie mi dzy punktem pocz tkowym ( ród em) a punktem przeznaczenia (celem podró y), realizowane w ci le okre lonej motywacji jak i z wykorzystaniem okre lonego sposobu przemieszczenia na odpowiednio wybranej trasie w sieci transportowej [4]. W szerszej interpretacji ta cz aktywno ci u ytkowników obszarów miejskich zwi zana z przemieszczaniem si osób, jak i wszelkie dzia ania konieczne do osi gni cia tego celu okre la si terminem mobilno [7]. Istot mobilno w codziennym a cuchu aktywno ci nale y upatrywa jako wiadome kszta towanie zachowa komunikacyjnych polegaj ce na wyborze celu, czasu i sposobu podró y stosownie do dost pno ci poszczególnych elementów systemu transportowego. Elementem charakteryzuj cym wspó czesne spo ecze stwo jest ich wysoka mobilno.

2 52 Norbert Chamier-Gliszczy ski Przejawem rosn cej mobilno ci u ytkowników obszarów miejskich jest wzmo ony ruch samochodów osobowych w miastach wywo uj cy presj na rodowisko miejskie, co powoduje niezliczone zagro enia dla funkcjonowania i rozwoju obszarów miejskich. Obci enia rodowiskowe jako efekt wzmo onego ruchu w miastach to wprowadzanie do rodowiska zanieczyszcze szkodliwych dla zdrowia ludzi, rodowiska oraz struktur przestrzennych w postaci substancji sta ych, ciek ych i gazowych oraz emisj ha asu. Ruch na obszarach miejskich odpowiada za 40% emisji CO 2 i 70% emisji innych zanieczyszcze pochodz cych z transportu drogowego [2]. Istotny jest równie spadek poziomu bezpiecze stwa ruchu, jeden na trzy miertelne wypadki drogowe ma miejsce na obszarach miejskich, a ofiarami na ogó s piesi uczestnicy ruchu jak i rowerzy ci [2]. Wydawa oby si, e te problemy maj wymiar lokalny, jednak ich negatywne efekty funkcjonowania równie wykraczaj poza granice miast maj wymiar regionalny, krajowy, a poprzez emisj gazów cieplarnianych nawet kontynentalny. Przewa aj ca wi kszo miast w tym równie polskich miast stoi w obliczu ogromu wyzwa dotycz cych ograniczenia tych zagro e. Istotnego znaczenia nabieraj wi c dzia ania poszukuj ce rozwi za dla tego typu problemów. Ponadto w kontek cie realizowanej przez miasta polityki zrównowa onego rozwój wymienione uwarunkowania nabieraj istotnego znaczenia. Pewnym rozwi zaniem zaproponowanym w dokumentach Komisji Europejskiej to rozwi zania zmierzaj ce w kierunku nowej kultury mobilno ci w miastach. Wdra aj c ten nowy kierunek zmuszeni jeste my do efektywnego wykorzystania dost pnych na obszarach zurbanizowanych form transportu przy jednoczesnym ograniczaniu podró y realizowanych samochodami osobowymi. Tak sformu owane podej cie wymaga podej cia systemowego w tym zakresie. Mobilno na obszarach miejskich jako wyró niony fragment rzeczywisto ci miejskiej mo emy przedstawi w postaci systemu. 2. SYSTEM MOBILNO CI NA OBSZARACH MIEJSKICH W odniesieniu do przyj tego za o enia, e zasadnym jest przedstawienie mobilno na obszarach miejskich w kategoriach systemowych istotnym wi c staje si opisanie struktury tego systemu. Systematyka opisu uwzgl dnia rodzaj, odmian i typ poszczególnych elementów struktury systemu. W tym kontek cie w strukturze systemu mobilno ci na obszarach miejskich wyró niono nast puj ce elementy: punkty pocz tkowe jako ród a podró y na obszarach miejskich, punkty ko cowe jako cele podró y na obszarach miejskich, punkty przej cia jako punktowe elementy miejskiej infrastruktury transportu b d ce punktami po rednimi w podró ach na obszarach miejskich, po czenia transportowe jako przemieszczenia mi dzy ww. punktami, rodki transportu, które zdeterminowane s poszczególnymi parametrami. Punkty pocz tkowe i ko cowe w systemie mobilno ci na obszarach miejskich obejmuj ró nego typu miejsca zwi zane z miejscem zamieszkania, pracy, rozrywki, wypoczynku itp., które wynikaj przede wszystkim z aktywno ci u ytkowników zurbanizowanych obszarów. Z kolei punkty przej cia to takie elementy miejskiej infrastruktury punktowej

3 System mobilno ci na obszarach miejskich 53 transportu, w których jest mo liwy m.in. wybór i zmiana sposobu przemieszczania, a tak e istnieje mo liwo pozostawienia rodka transportu. W zale no ci od charakteru s to ró nego typu przystanki, stacje, dworce, w z y przesiadkowe, parkingi itp. Elementem wi cym punktowe elementy systemu mobilno ci na obszarach miejskich s po czenia transportowe, które interpretowane s jako bezpo rednie przemieszczenia mi dzy analizowanymi punktami. Przemieszczenia realizowane s na elementach miejskiej infrastruktury liniowej transportu z wykorzystaniem okre lonych sposobu przemieszcze ODWZOROWANIE STRUKTURY SYSTEMU Struktura systemu mobilno ci na obszarach miejskich okre la powi zania mi dzy elementami systemu jak równie otoczeniem. W uj ciu formalnym istotnym jest opisa mobilno na obszarach miejskich w sposób sformalizowany, w którym zidentyfikowane b d poszczególne elementy i relacje mi dzy nimi, a tak e istotne z punktu widzenia bada charakterystyki elementów struktury. Zgodnie z tym struktur systemu mobilno ci na obszarach miejskich rozumian jako zbiór elementów oraz zbiór relacji mi dzy tymi elementami korzystnie jest przedstawi w postaci grafu. Wykorzystuj c teori grafów [1], [3], [5] zak adamy, e dla potrzeb modelowania systemu mobilno ci na obszarach miejskich struktura systemu jest odwzorowana grafem, tj.: (1) gdzie to zbiór elementów stanowi cych punkty pocz tkowe, ko cowe i przej cia (wierzcho ków grafu), natomiast to zbiór po cze transportowych (przemieszcze ) mi dzy poszczególnymi elementami zbioru ( uków grafu). W strukturze systemu mobilno ci na obszarach miejskich zapisanej w postaci grafu zbiór jest zbiorem postaci: (2) w którym elementy struktury s ponumerowane indeksem, a jest liczb elementów wyszczególnionych w strukturze. Zak adamy, e na zbiorze elementów systemu mobilno ci na obszarach miejskich zadane jest odwzorowanie przeprowadzaj ce elementy zbioru na zbiór, tj.: (3) przy czym, je eli, to element o numerze jest punktem pocz tkowym w strukturze systemu mobilno ci na obszarach miejskich, je eli, wówczas element o numerze jest punktem ko cowym, natomiast je eli, to element o numerze jest punktem przej cia.

4 54 Norbert Chamier-Gliszczy ski Uwzgl dniaj c powy sze za o enia zdefiniowano zbiór numerów punktów pocz tkowych, zbiór numerów punktów ko cowych oraz zbiór numerów punktów przej cia, tj.: (4) (5) (6) W tak przedstawionym uj ciu zbiór elementów systemu mobilno ci na obszarach miejskich jest sum trzech zbiorów, tj. numerów punktów pocz tkowych, ko cowych i przej cia : (7) 2.2. ODWZOROWANIE PRZEMIESZCZE W SYSTEMIE U ytkownicy obszarów miejskich przemieszczaj si mi dzy zdefiniowanymi powy ej elementami zbioru. uki w grafie odwzorowuj po czenia transportowe, które interpretowane s jako przemieszczenia. Za o ono, e dla potrzeb modelowania systemu mobilno ci na obszarach miejskich analizowane b d bezpo rednie przemieszczenia mi dzy elementami zbioru, czyli przemieszczenia: mi dzy punktami pocz tkowymi a punktami ko cowymi, mi dzy punktami pocz tkowymi a punktami przej cia, pomi dzy ró nymi punktami przej cia, mi dzy punktami przej cia a punktami ko cowymi. Identyfikuj c poszczególne przemieszczenia zdefiniowano zbiór wszystkich bezpo rednich przemieszcze realizowanych mi dzy punktami pocz tkowymi oraz punktami ko cowymi, zbiór wszystkich bezpo rednich przemieszcze realizowanych mi dzy punktami pocz tkowymi oraz punktami przej cia, zbiór wszystkich bezpo rednich przemieszcze realizowanych pomi dzy punktami przej cia, a tak e zbiór wszystkich bezpo rednich przemieszcze realizowanych mi dzy punktami przej cia oraz punktami ko cowymi. W tak przedstawionym uj ciu zbiór wszystkich przemieszcze zidentyfikowanych w strukturze systemu mobilno ci na obszarach miejskich jest sum zbiorów roz cznych parami, tj.: (8) Przemieszczenia mi dzy poszczególnymi punktami struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich realizowane s z wykorzystaniem okre lonego sposobu przemieszczenia. Na obszarach miejskich podró ni przemieszczaj si pieszo b d indywidualnymi, grupowymi, zbiorowymi rodkami transportu. Zatem za o ono, e na

5 System mobilno ci na obszarach miejskich 55 zbiorze zadano odwzorowanie przeprowadzaj ce elementy tego zbioru w elementy zbioru, tj.: (9) przy czym wtedy, gdy mi dzy punktem oraz ( ) realizowane jest bezpo rednie przemieszczenie piesze, a je li to mi dzy punktem oraz ( ) realizowane jest bezpo rednie przemieszczenie rodkiem transportu. Uwzgl dniaj c powy sze za o enia zdefiniowano zbiór bezpo rednich przemieszcze realizowanych pieszo oraz zbiór bezpo rednich przemieszcze realizowanych rodkami transportu, tj.: (10) (11) 2.3. ODWZOROWANIE RODKÓW TRANSPORTU W PRZEMIESZCZENIACH Odzwierciedlaj c przemieszczenia realizowane rodkami transportu na obszarach miejskich niezb dne jest zdefiniowanie zbioru numerów typów rodków transportu wykorzystywanych w tych przemieszczeniach. Bior c pod uwag powy sze przyjmujemy, e zbiór numerów typów rodków transportu jest zbiorem postaci: (12) w którym jest liczb typów rodków transportu wyró nionych w systemie mobilno ci na obszarach miejskich. Zwa ywszy na sposób wykorzystania poszczególnych rodków transportu na obszarach miejskich za o ono, e na zbiorze zadano odwzorowanie przeprowadzaj ce elementy tego zbioru w elementy zbioru, tj.: (13) przy czym, je eli, to rodek transportu o numerze jest indywidualnym rodkiem transportu, je eli, wówczas rodek transportu o numerze jest zbiorowym rodkiem transportu, z kolei je eli, to rodek transportu o numerze jest grupowym rodkiem transportu. Bior c pod uwag powy sze zdefiniowano zbiór numerów typów indywidualnych rodków transportu, zbiór numerów typów zbiorowych rodków transportu, zbiór numerów typów grupowych rodków transportu, tj.: (14)

6 56 Norbert Chamier-Gliszczy ski (15) (16) Ponadto tak zdefiniowane rodki transportu mog by klasyfikowane ze wzgl du na istotne dla potrzeb prowadzonych bada parametry techniczne i eksploatacyjne. Jednym z takich parametrów jest rodzaj silnika jaki zosta zastosowany w -tym rodku transportu. Zdefiniowano zatem zbiór numerów rodków transportu wyposa onych w silnik spalinowy, zbiór numerów rodków transportu wyposa onych w silnik elektryczny, zbiór numerów rodków transportu nie posiadaj cych silnika. W odniesieniu do rodków transportu ze zbioru istotnymi dla bada parametrami jest rodzaj paliwa zasilaj cego silnik oraz rok produkcji rodka transportu. Zwi zku z tym zdefiniowano zbiór numerów rodków transportu, w których silnik zasilany jest benzyn, zbiór numerów rodków transportu, w których silnik zasilany jest olejem nap dowy, zbiór numerów rodków transportu, w których silnik zasilany jest gazem ziemny, zbiór numerów rodków transportu, w których silnik zasilany jest mieszanin propanu i butanu, zbiór numerów rodków transportu, w których silnik zasilany jest paliwem niekonwencjonalnym. Zdefiniowano równie wektor roku produkcji rodków transportu ze zbioru. Nast pnym parametrem istotnym dla prowadzonych bada jest numer europejskiej normy spalin jak spe nia -ty rodek transportu. Europejskie normy emisji spalin odnosz si do poszczególnych kategorii pojazdów jak i rodzaju paliwa zasilaj cego silnik danego rodka transportu. Odnosz c si do europejskich norm emisji spalin zdefiniowano zbiór numerów norm EURO dla rodków transportu wyposa onych w silniki spalinowe zasilane benzyn : (17) przy czym, je eli: to spe niona jest norma EURO 0, to spe niona jest norma EURO 1, to spe niona jest norma EURO 2, to spe niona jest norma EURO 3, to spe niona jest norma EURO 4, to spe niona jest norma EURO 5, to spe niona jest norma EURO 6. Za o ono ponadto, e na iloczynie kartezja skim zadane jest odwzorowanie, które elementy tego iloczynu przeprowadza w zbiór, tj.: (18) przy czym, je eli wielko wówczas rodek transportu o numerze spe nia europejsk norm emisji spalin o numerze przewidzian dla tego typu rodka transportu, a w przeciwnym przypadku. Uwzgl dniaj c powy sze za o enie mo emy zdefiniowa zbiór numerów rodków transportu spe niaj cych okre lone europejskie normy emisji spalin, tj.: (19)

7 System mobilno ci na obszarach miejskich 57 Podobnie zdefiniowano zbiór numerów rodków transportu spe niaj cych okre lone europejskie normy emisji spalin oraz zbiór numerów rodków transportu spe niaj cych okre lone europejskie normy emisji spalin, tj.: (20) (21) Nast pnym istotnym parametrem w odniesieniu do rodków transportu jest liczba osób jak mo e podró owa danym rodkiem transportu. Za o ono zatem, e na zbiorze zadane jest odwzorowanie przeprowadzaj ce elementy tego zbioru w elementy zbioru liczb naturalnych, tj.: (22) przy czym wielko ma interpretacj liczby osób mog cych podró owa rodkiem transportu -tego typu. Uwzgl dniaj c to za o enie zdefiniowano wektor osób mog cych podró owa rodkiem transportu -tego typu, tj.: (23) Ponadto przyj to równie za o enie, e na zbiorze zadane jest odwzorowanie przeprowadzaj ce elementy tego zbioru w elementy zbioru liczb rzeczywistych nieujemnych, tj.: (24) przy czym wielko interpretujemy jako powierzchnie parkingow zajmowan przez -ty rodek transport ze zbioru. Uwzgl dniaj c to za o enie zdefiniowano wektor powierzchni parkingowej zajmowane przez indywidualne rodki transportu, tj.: (25) 2.4. PARAMETRYZACJA PRZEMIESZCZE W celu odwzorowania charakterystyk przemieszcze pomi dzy elementami struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich zak adamy, e na zbiorze bezpo rednich przemieszcze pieszych zadane s odpowiednio odwzorowania,, przeprowadzaj ce elementy tego zbioru w zbiór liczb rzeczywistych dodatnich, tj.: (26)

8 58 Norbert Chamier-Gliszczy ski (27) (28) przy czym wielko interpretujemy jako d ugo przemieszczenia pieszego mi dzy elementami oraz natomiast wielko interpretujemy jako czas przemieszczenia pieszego mi dzy elementami oraz z kolei wielko interpretujemy jako koszt przemieszczenia pieszego mi dzy elementami oraz. Uwzgl dniaj c te wielko ci zdefiniowano macierz d ugo ci przemieszcze pieszych mi dzy elementami struktury systemu, macierz czasów przemieszcze pieszych mi dzy elementami struktury systemu oraz macierz kosztów przemieszcze pieszych mi dzy elementami struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich, tj.: (29) (30) (31) W przypadku przemieszcze rodkami transportu za o ono, e na iloczynie kartezja skim zadane s odpowiednio odwzorowania,, przeprowadzaj ce elementy tego iloczynu w zbiór liczb rzeczywistych dodatnich, tj.: (32) (33) (34) przy czym wielko interpretujemy jako d ugo przemieszczenia tym rodkiem transportu mi dzy elementami oraz, natomiast wielko interpretujemy jako czas przemieszczenia -tym rodkiem transportu mi dzy elementami oraz, a wielko interpretujemy jako koszt przemieszczenia -tym rodkiem transportu mi dzy elementami oraz. Bior c pod uwag powy sze zdefiniowano macierz d ugo ci przemieszcze rodkami transportu mi dzy elementami struktury systemu, macierz czasów przemieszcze rodkami transportu mi dzy elementami struktury systemu oraz macierz kosztów przemieszcze rodkami transportu mi dzy elementami struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich, tj.: (35) (36) (37)

9 System mobilno ci na obszarach miejskich PARAMETRYZACJA PUNKTÓW PRZEMIESZCZE Przyjmujemy, e lokalizacja ka dego punktu pocz tkowego, ko cowego i przej cia jest przyporz dkowana do konkretnego numeru strefy miasta. Dla jednoznaczno ci zapisu indeksem oznaczymy kolejne strefy miasta w taki sposób, e zbiór wszystkich stref na jakie zosta podzielony dany obszar miejski mo emy zapisa nast puj co: (38) gdzie jest liczb wszystkich stref na jakie zosta podzielony obszar miejski. Zak adamy ponadto, e na iloczynie kartezja skim zadane jest odwzorowanie, które elementy tego iloczynu przeprowadza w elementy zbioru : (39) przy czym, je eli wielko, to element o numerze zlokalizowany jest w -tej strefie miasta, natomiast w przeciwnym przypadku wielko. Zbiór numerów stref miasta elementów zapiszemy jako zbiór o elementach, tj.: (40) Definiuj c kolejne charakterystyki za o ono, e na zbiorach,, zadano odpowiednio odwzorowania,, przeprowadzaj ce elementy tych zbiorów w zbiór liczb rzeczywistych dodatnich, tj.: (41) (42) (43) przy czym wielko, interpretujemy jako czas pobytu w -tym punkcie pocz tkowy struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich, natomiast wielko, interpretujemy jako czas pobytu w -tym punkcie ko cowym struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich, z kolei wielko, interpretujemy jako czas pobytu w -tym punkcie przej cia struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich. Tak zinterpretowane wielko ci pos u y y do zdefiniowania wektora czasu pobytu w punktach pocz tkowy, wektora czasu pobytu w punktach ko cowych oraz wektora czasu pobytu w punktach przej cia, tj.: (44)

10 60 Norbert Chamier-Gliszczy ski (45) (46) W przypadku przemieszczania si indywidualnymi rodkami transportu istotnym parametrem jest koszt parkowania -tego rodka transportu w punktach struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich. Zak adamy, e na iloczynie kartezja skim zadane jest odwzorowanie, które elementy tego iloczynu przeprowadza w elementy zbioru liczb rzeczywistych dodatnich, tj.: (47) przy czym wielko interpretujemy jako koszt parkowania w -tym elemencie struktury -tego rodka transportu. Wobec powy szego koszty parkowania w poszczególnych elementach struktury systemu mobilno ci na obszarach miejskich zapisano w postaci wektora, tj.: (48) 3. WNIOSKI Opracowywane na potrzeby miast strategie transportowe, zintegrowane plany rozwoju transportu miejskiego, a tak e akcentowane w tych dokumentach bardzo cz sto plany mobilno ci mieszka ców obszarów miejskich to dokumenty nie w pe ni odzwierciedlaj ide nowej kultury mobilno ci w mie cie. Wyra ana w europejskich dokumentach idea nowej kultury mobilno ci w miastach odnosi si do dzia a w zakresie poda y transportowej poprzez optymalizacj wykorzystania ró norodnych rodków transportu i tworzenia wspó modalno ci pomi dzy ró nymi rodzajami transportu zbiorowego oraz ró nymi rodzajami transportu indywidualnego. Obejmuje ona równie dzia ania w zakresie zarz dzania popytem na transport w celu zapewnienia mobilno ci, odpowiedniego poziomu ycia mieszka com miast, a tak e ograniczenia wp ywu transportu miejskiego na rodowisko naturalne. Uj cie tych dzia a w ramach opracowywanych dokumentów transportowych wymaga podej cia systemowego w tym zakresie. Jedn z takich propozycji jest przedstawiony w artykule system mobilno ci na obszarach miejskich b d cy efektem realizowanych prac nad opracowaniem narz dzia umo liwiaj cego wspomaganie dzia a przy opracowywaniu planów mobilno ci mieszka ców obszarów miejskich.

11 System mobilno ci na obszarach miejskich 61 Bibliografia 1. Ambroziak T.: Modelowanie procesów technologicznych w transporcie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa COM (2006) 314, Utrzyma Europ w ruchu, zrównowa ona mobilno dla naszego kontynentu. Przegl d redniookresowy Bia ej Ksi gi Komisji Europejskiej dotycz cej transportu z 2001 roku, Komunikat Komisji dla Rady i Parlamentu Europejskiego, Bruksela Jacyna M.: Modelowanie wielokryterialne w zastosowaniu do oceny systemów transportowych, Prace Naukowe PW, Transport z. 47, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Karo G.: Modelowanie popytu oparte na podró ach pojedynczych, Logistyka 4/ Korzan B.: Elementy teorii grafów i sieci. Metody i zastosowania. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa Ko lak A.: Ekonomika transportu. Teoria i praktyka gospodarcza. Wydawnictwo Uniwersytetu Gda skiego, Gda sk Nosal K., Starowicz W.: Wybrane zagadnienia zarz dzania mobilno ci, Transport Miejski i Regionalny, 03/2010. MOBILITY SYSTEM IN URBAN AREAS Summary: The paper presents covers the structure of the Mobility System in Urban Areas, where the initial, intermediate and destination points of travels in urban areas are indicated together with relations between these points being interpreted as direct dislocation. Furthermore, a set of means transport was defined that are used in travels in urban areas. Keywords: mobility, mobility system in urban areas, travel