EMITRANSYS model krajowego systemu transportowego w ujęciu proekologicznym

Transkrypt

1 Marianna Jacyna 1 Wydział Transportu Politechniki Warszawskiej Jerzy Merkisz 2 Politechnika Poznańska, Instytut Silników Spalinowych i Transportu EMITRANSYS model krajowego systemu transportowego w ujęciu proekologicznym 1. WPROWADZENIE W dobie globalizacji kształtowanie systemu transportowego jest złożonym i trudnym zadaniem dla decydentów polityki transportowej. Determinowane jest to wieloma aspektami, nie tylko ekonomicznymi i gospodarczymi ale również ekologicznymi. Kształtowanie krajowego systemu transportowego wynika z jednej strony z prognoz potrzeb przewozowych a drugiej z dostosowania infrastruktury do standardów i wymogów UE. Komisja Europejska zwraca szczególną uwagę na potrzebę zrównoważonego rozwoju transportu oraz transportu przyjaznego dla środowiska. Podczas kształtowania rozwoju zrównoważonego systemu transportowego uwzględniać należy zarówno zagadnienia ekologiczne jak i cele polityki transportowej w zakresie jego rozwoju [7]. Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego wymaga uwzględnienia w różnego typu analizach m.in.: zanieczyszczenia powietrza, gruntu i wody, hałasu, czy też drgań emitowanych przez środki transportu. Negatywny wpływ transportu na środowisko naturalne to przede wszystkim [10], [11]: emisja gazów cieplarnianych przyczyniających się do zmian klimatycznych, emisja zanieczyszczeń powietrza wpływających negatywnie na zdrowie ludzi i środowisko przyrodnicze, zajmowanie cennych przyrodniczo terenów i rozcinanie ich ciągłości (fragmentacja) nowobudowanymi ciągami infrastruktury technicznej, przyczyniające się do utraty różnorodności biologicznej, emitowanie hałasu zagrażającego ludzkiemu zdrowiu. Jednocześnie w polityce transportowej każdego współczesnego państwa należy uwzględniać nie tylko ograniczenia ekologiczne ale również techniczne, ekonomiczne, prawne i organizacyjne uwzględniające różne punkty widzenia poszczególnych uczestników procesu transportowego. Każdy uczestnik procesu transportowego stara się ekstremalizować swoją indywidualną korzyść. Jeżeli weźmiemy pod uwagę różnorodność dostępnych środków transportowych, podmiotów uczestniczących w procesie realizacji usługi transportowej, w tym mnogość operatorów realizujących usługi oraz oczekiwania odbiorców usługi to może się okazać, że ukształtowanie systemu transportowego zgodnie z oczekiwaniami wszystkich uczestników jest prawie niemożliwe. Reasumując udział różnych interesariuszy w realizacji zadań przewozowych implikuje różne cząstkowe funkcje celu, nie zawsze zgodne [3], [7]. Z dokumentów polityki transportowej wynika, że wymienione powyżej problemy zwłaszcza dotyczące emisji związków szkodliwych spalin, powinny zostać zminimalizowane do 2025 roku. To jest trudne zadanie zwłaszcza dla podmiotów wprowadzających wszelkiego rodzaju regulacje w tym zakresie. Szczególnej uwadze poświęca się transportowi drogowemu. Czynione są różnego rodzaju analizy w celu zmniejszenia emisji związków szkodliwych spalin emitowanych przez drogowe środki transportu. Dlatego też ciągłe rosnąca liczba pojazdów na świecie oraz zanieczyszczenie środowiska naturalnego powodują wzrost wymagań w zakresie zmniejszenia emisji szkodliwych składników spalin. Tym bardziej, że obecny stopień zaawansowania techniki i technologii we wszystkich dziedzinach przemysłu, w tym również we wszelkich rodzajach transportu, pozwala na zwiększenie wymagań w zakresie produkcji urządzeń do pomiarów emisji spalin. 1 maja@wt.pw.edu.pl 2 jerzy.merkisz@put.poznan.pl Logistyka 4/

2 W artykule przedstawiono ogólne sformułowanie modelu EMITRASYS i jego implementacją w środowiska VISUM umożliwiającego wielowariantowe analizy w zakresie kształtowania zasad proekologicznego systemu transportowego. Model opracowano w ramach projektu EMITRASYS realizowanego na Wydziale Transportu Politechniki Warszawskiej w Zakładzie Logistyki i Systemów Transportowych wspólnie z Instytutem Silników Spalinowych Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej [13], [14], [15], [16]. 2. UWARUNKOWANIA TECHNICZNO-EKOLOGICZNE DETERMINUJĄCE PROEKOLOGICZNE KSZTAŁTOWANIE SYSTEMU TRANSPORTOWEGO Problem ekologii w transporcie polega przede wszystkim na ochronie środowiska naturalnego przed negatywnym wpływem transportu w aspekcie: zanieczyszczeń powietrza, gruntu i wody, hałasu, oraz oddziaływania drgań podłoża gruntowego na ludzi i obiekty infrastrukturalne. Zanieczyszczenie powietrza negatywnie wpływa na społeczeństwo i jakość życia. Szereg publikacji (np. [1], [2], [4], [9], [10]), zwraca uwagę na fakt, iż zanieczyszczone powietrze negatywnie wpływa nie tylko na zdrowie ludzkie ale również na rolnictwo. Tym samym powoduje wyniszczanie obszarów leśnych, generuje wzrost kosztów ochrony środowiska oraz leczenia, itp. Dlatego również konieczne jest ciągłe podejmowanie działań wpływających na zrozumienie oraz skuteczne przeciwdziałanie i ograniczanie poziomu emisji zanieczyszczeń do atmosfery i ich dyspersji. Wszystkie dokumenty wyrażające stanowisko krajów Unii Europejskiej oraz Polski dotyczące transportu zawierają koncepcję tzw. zrównoważonego transportu. Na przykład Konstytucja RP zawiera stwierdzenie Rzeczpospolita Polska zapewnia ochronę środowiska, kierując się zasadą zrównoważonego rozwoju transportu. Zrównoważony system transportowy to taki, który zapewnia równowagę między czynnikami społecznymi i gospodarczymi a rozwojem przestrzennym i ochroną środowiska w danym kraju. Oznacza to, że kształtowanie systemu transportowego, nie może być oparte jedynie na uwzględnieniu czynników gospodarczych lub społecznych, lecz musi zawierać problematykę ochrony środowiska. To implikuje zobowiązanie sektora transportowego do integracji zadań ochrony środowiska z zadaniami rozwoju gospodarki. Nie jest to łatwe zadanie, tym bardziej, że rozwój infrastruktury transportowej wymaga nie tylko odpowiednich decyzji w tym zakresie, ale przede wszystkim dużych nakładów finansowych. Według dokumentów polityki transportowej Polski do głównych problemów, które muszą być rozwiązane do roku 2020 należą 3 : zatłoczenie dróg, zwłaszcza krajowych i w obszarach dużych aglomeracji; rosnący negatywny wpływ na środowisko naturalne i cywilizacyjne; zagrożenie zdrowia i życia w transporcie, zwłaszcza drogowym; zły stan infrastruktury technicznej, zwłaszcza drogowej; niska produktywność kolei i mała konkurencyjność; zagrożenia wynikające z otwarcia rynku. Kształtowanie rozwoju systemu transportowego powinno zatem polegać na ustaleniu związków między przewidywaną wielkością zadań, wyposażeniem systemu a kosztem realizacji tychże zadań. Jednakże modernizacja i rozbudowa nie może polegać tylko na stworzeniu zintegrowanej sieci transportowej i zwiększeniu przepustowości chociaż jest to bardzo ważne ale musi iść w parze z poprawą bezpieczeństwa i ochroną środowiska naturalnego oraz jakością realizowanych usług [4], [10]. Dlatego też kształtowanie systemu transportowego w ujęciu proekologicznym powinno uwzględniać złożoność i współzależność zjawisk zachodzących w systemie oraz jego związki z otoczeniem. Z jednej strony proekologiczne wymagania polityki transportowej od krajów członkowskich UE, a z drugiej strony potrzeby nabywców i dostawców usług transportowych. Czynniki generujące popyt i podaż usług transportowych to przede wszystkim: 3 Polityka Transportowa Państwa na lata , Polityka Transportowa Państwa dla zrównoważonego rozwoju Logistyka 4/2014

3 czynniki warunkujące wielkość popytu na usługi transportowe, takie jak: struktura i wielkość produkcji, rodzaj dostępnych technologii przewozowych, lokalizacja zakładów produkcyjnych, system zarządzania i organizacji przewozów, czynniki warunkujące wielkość podaży usług transportowych, takie jak: zasilanie transportu w środki techniczne, materiały, energię, części zamienne, stan infrastruktury transportu oraz możliwości jej modernizacji, wielkość i struktura potencjału produkcyjnego transportu, w tym stopień jego wykorzystania, narzędzia wspomagające organizację procesów i systemów transportowych, czynniki warunkujące poziom kosztów realizacji usług transportowych, w tym: struktura i narzędzia racjonalizacji potrzeb przewozowych, przygotowanie punktów przeładunkowych do współpracy z transportem, mechanizmy gałęziowego podziału zadań przewozowych, efektywność potencjału produkcyjnego i możliwości jego wykorzystania, stosowane systemy zarządzania, czynniki warunkujące jakość usług transportowych, w tym: przygotowanie techniczne i organizacyjne poszczególnych podmiotów do współpracy z klientami, organizacja i funkcjonowanie systemów przewozowych, możliwości zastosowania nowoczesnych technologii przewozowych, w tym logistyczne obsługa klienta. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, można zauważyć, że zagadnienie kształtowania proekologicznego systemu transportowego jest powiązane z takimi problemami jak: rozłożenie potoku ruchu na sieci (tzw. modele organizowania ruchu), dostosowanie elementów infrastruktury transportowej do zgłaszanego zapotrzebowania na przewóz w modelach rozwoju systemu transportowego, w tym problemy rozdziału środków na modernizację elementów infrastruktury niezbędnych do realizacji zadań oraz wybór wariantu modernizacji elementów infrastruktury transportowej, kształtowanie zrównoważonego rozwoju systemu transportowego. Dlatego też w ramach projektu EMITRASYS skupiono się przede wszystkim na opracowaniu modelu proekologicznego systemu transportowego pozwalającego na wieloaspektową analizę organizacji ruchu uwzględniając, potrzeby nabywców usług transportowych, strukturę przemieszczających się pojazdów oraz infrastrukturę transportową. Przy czym wielkość emisji związków szkodliwych spalin wywołanych przez środki transportu dla różnej organizacji ruchu drogowego wyznaczane są na podstawie badań rzeczywistych a nie danych homologacyjnych [8], [13]. 3. FORMALIZACJA ZAPISU MODELU EMITRASYS Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego wymaga uwzględnienia zależności między strukturą sieci transportowej, jej parametrami a poziomem emisji związków szkodliwych spalin emitowanych przez środki transportu przy realizacji zadań przewozowych. Wymaga to uwzględnienia w modelu EMITRANSYS zarówno parametrów technicznych środków przewozowych, które mają wpływ na poziom emisji, jak i parametrów infrastruktury drogowej mających istotny wpływ na parametry ruchu przemieszczających się środków. W celu oceny wpływu rozwiązań technicznych i organizacyjnych na poziom emisji związków szkodliwych spalin oraz na poziom koniecznych do poniesienia nakładów i kosztów w modelu uwzględniono również ekonomiczne parametry środków transportu drogowego oraz infrastruktury drogowej. Biorąc pod uwagę prezentowane podejście do modelowania systemów transportowych [7], model EMITRASYS definiowany będzie z wykorzystaniem następujących elementów: bazy typów środków transportowych wykorzystywanych do realizacji zadań przewozowych, struktury przedstawiającej istniejące połączenia transportowe między węzłami transportowymi, bazy charakterystyk środków przewozowych oraz elementów struktury przedstawiających rzeczywiste właściwości zarówno środków jak i połączeń transportowych (charakterystyki zaczerpnięte z istniejących baz danych), zadań realizowanych przez krajowy system transportowy wynikających z zapotrzebowania na przewóz zarówno osób jak i ładunków, Logistyka 4/

4 organizacji rozumianej jako sposób rozłożenia ruchu na sieci uwzględniając poziom emisji spalin i strukturę środków transportowych oraz stan infrastruktury. Zakładając, że odwzorowanie bazy danych środków transportowych oznaczone jest symbolem BST, struktury systemu krajowego systemu transportowego oznaczane jest symbolem GE, bazy charakterystyk środków przewozowych i elementów struktury symbolem BFE, macierzy zadań realizowanych przez system symbolem QE, organizacji ruchu na sieci symbolem OE. Model ProEkologicznego Systemu Transportowego (MEST) możemy zapisać jako uporządkowaną piątkę, postaci: MEST = BST, GE, BFE, QE, OE (1) Poszczególne elementy modelu szczegółowo opisano w pracy [15]. Ponieważ badania dotyczą emisji związków szkodliwych spalin wytwarzanych przez środki transportu na środowisko naturalne, istotnym elementem modelu jest opracowana baza danych w zakresie typów środków transportowych oraz ich charakterystyk. W związku z tym w modelu MEST proekologicznego systemu transportowego zdefiniowano zbiór S, S = {1,..., s,, S} typów związków szkodliwych spalin oraz zbiór ST, ST = {1,..., st,, ST} numerów typów środków transportowych, wyodrębnionych ze względu na rodzaj transportu, przeznaczenie pojazdów oraz ich zdolności przewozowe. Każdy typ pojazdu scharakteryzowany został wektorem parametrów techniczno-technologicznych, ekologicznych oraz ekonomicznych postaci: v(st)=[rsp(st), neu(st), q(st), m(st), c(st), em(s,st)] (2) gdzie: rsp(st) rodzaj silnika st-ego typu pojazdu, neu(st) rodzaj normy euro st-ego typu pojazdu, q(st) ładowność/pojemność st-ego typu pojazdu, m(st) rodzaj transportu (pasażerski, kolejowy) st-ego typu pojazdu, c(st) jednostkowy koszt przewozu st-ym typem pojazdu. em(s,st) jednostkowe wielkość emisji s-tego typu związku szkodliwego spalin dla st-tego typu pojazdu Bazy danych środków transportowych BST została zapisana jako wektor o trzech elementach, tj. BST=[S, ST, v(st)] Struktura systemu transportowego w modelu MEST została odwzorowana za pomocą grafu GE, GE = WE, LE, przy czym zbiór WE jest zbiorem numerów węzłów transportowych, które w rzeczywistej sieci transportowej stanowią punkty powstawania i zanikania potoków pasażerów, punkty nadania i odbioru ładunków oraz punkty pośrednie obsługi ładunków lub pasażerów (np. punkty przeładunkowe, centra logistyczne, terminale transportu intermodalnego itp.). Zbiór WE jest zbiorem o elementach: WE = {1,, a, b,, i, i,, W} (3) gdzie W jest liczbą węzłów transportowych wyróżnionych w systemie. Ponadto dokonano dekompozycji zbioru WE na trzy rodzaje podzbiorów, tj.: zbiór źródeł N, zbiór ujść O oraz zbiór węzłów pośrednich P, tj. WE = N P O, przy czym zbiory N, P, O są parami rozłączne. Elementy zbioru LE są istniejące połączenia transportowe, m.in.: drogowe i kolejowe. Bazy charakterystyk środków transportowych i elementów struktury systemu transportowego BFE została zapisana jako wektor postaci: BFE=[FLE, FWE, FSP] gdzie FLE jest bazą danych dotyczącą charakterystyk połączeń transportowych, FWE to baza danych dotycząca charakterystyk węzłów transportowych, a FSP to baza danych dotycząca charakterystyk środków przewozowych wytypowanych do zadań przewozowych. Na przykład każde połaczenie transportowe scharateryzowane zostało wektorem parametrów techniczno-technologicznych oraz ekologicznych postaci: gdzie: w(i,i )=[d(i,i ), l(i,i ), v max (i,i ), neu(i,i ), q(i,i )] (4) 1906 Logistyka 4/2014

5 d(i,i ) przepustowość połaczenia transportowego (i,i ), l(i,i ) długość połaczenia transportowego (i,i ), v max (i,i ) dopuszczalna prędkość jazdy na połaczeniu transportowym (i,i ), neu(i,i ) dopuszczalna norma euro na połaczeniu transportowym (i,i ), q(,i,i ) dopuszczalna ładowność pojazdu na połaczeniu transportowym (i,i ). Wielkość zadań przewozowych w modelu EMITRANSYS zapisano za pomocą dwuelementowego wektora QE, QE = [X1, X2], przy czym pierwszy element X1 to macierz zapotrzebowania na przewozy ładunków, zaś drugi element X2 to macierz zapotrzebowania na przewozy pasażerów. Na potrzeby modelowania rozłożenia potoków ładunków i pasażerów na elementy sieci transportowej niezbędne jest dokonanie dekompozycji macierzy X1 oraz macierzy X2 na macierze zawierające informacje o zapotrzebowaniu na przewóz zidentyfikowanym dla poszczególnych segmentów popytu różniących się istotnie technicznymi oraz ekonomicznymi uwarunkowaniami zaspokajania potrzeb przewozowych (np. przewozy kruszyw lub przewozy mebli, czy też przewozy osób podróżujących do i z pracy lub przewozy osób podróżujących w celach biznesowych). Ostatnim elementem modelu MEST jest organizacja OE ruchu na sieci transportowej. Zasadniczo organizacja to sposób dopasowania potencjału systemu transportowego, tj. jego wyposażenia do realizacji zadań aby techniczne, ekonomiczne i ekologiczne ograniczenia były spełnione oraz ustalone wskaźniki jakości rozwiązania przyjmowały wartości ekstremalne. Ogólnie można to zapisać w sposób następujący: zakładając, że wielkość emisji związków szkodliwych spalin wywołany rodzajem silnika i spełnianej przez dany pojazd klasy czystości spalin, na p-tej drodze w relacji przewozu (a, b) oznaczono przez wskaźnik ψ(s, v(st), p, (a, b)), problemem jest wyznaczenie liczby xt(p, st, (a, b)) środków przewozowych st-ego typu obsługujących potoki ładunków i liczby xp(p, st, (a, b)) środków przewozowych do przewozu osób przemieszczających się po sieci transportowej p-tymi drogami w relacjach (a, b). Przy czym jako wskaźnik oceny jakości rozwiązania przyjmuje się poziom emisji związków szkodliwych spalin zapisany zależnością: ( i, i ') ( a, b) ( ) ( ) ( ) v ( st) ( ) s S xt( p, st, ( a,b)) + xp( p, st, ( a,b)) l i, i ' ψ s,, p, a, b (5) st ST p,ab LE E ab p P Oczywiście wartość ta jest minimalizowana, przy ograniczeniach dotyczących m.in.: realizacji zapotrzebowania na przewóz, liczby środków przewozowych wykorzystywanych do realizacji zapotrzebowania na przewóz, nieprzekroczenia dysponowanej liczby środków przewozowych, nieprzekroczenia zdolności przepustowej połączeń transportowych, możliwości poruszania się środków transportowych poszczególnych typów po połączeniach transportowych, możliwości poruszania się środków transportowych spełniających określone normy emisji spalin po połączeniach transportowych, nieprzekroczenia dopuszczalnej masy całkowitej przez środki transportowe, nieprzekroczenia nacisku osi przez środki transportowe, nieprzekroczenia skrajni pionowej przez środki transportowe, nieprzekroczenia skrajni poziomej przez środki transportowe, liczby środków transportowych poszczególnych typów na połączeniach, rodzaju zmiennych, w tym warunku nieujemności potoku ruchu, warunku addytywności potoku ruchu, warunków zachowania potoku ruchu w źródłach, w ujściach oraz w pośrednich węzłach transportowych. Z ekonomicznego punktu widzenia ważnym wskaźnikiem jakości rozwiązania jest bezpośredni koszt transportu. Przy uwzględnieniu sformułowanych wcześniej oznaczeń ogólnie kryterium to można zapisać następująco: ( xt( p, st, ( a,b)) + xp( p, st, ( a,b)) ) l ( i, i ') c ( st ) (6) st ST p,ab (, ') (, ab i i LE a b) E p P Oczywiście wartość tego kryterium jest minimalizowana. Logistyka 4/

6 4. IMPLEMENTACJA MODELU EMITRASYS W PTV VISUM Model MEST został zaimplementowany w programie VISUM [16]. Jest to narzędzie umożliwiające m. in. prowadzenie wielowariantowych analiz organizacji ruchu na sieci transportowej ze względu na minimalizację poziomu emisji związków szkodliwych spalin. Narzędzie PTV VISUM służy także do projektowania, analizy oraz modelowania systemów transportowych. Opracowanie implementacji modelu pozwala na efektywne wspomaganie decyzji w zakresie wprowadzanych rozwiązań, oceny planowanych inwestycji (np. budowa dróg), ich oddziaływania na otoczenie itp. Schemat procedury modelowania emisji zanieczyszczeń oraz badanie stężenia zanieczyszczeń w otoczeniu dróg zaprezentowano na rys. 1. Zbieranie danych Model popytu i sieci PTV VISUM HBEFA Odwzorowanie zanieczyszczenia w VISUM Symulacja ruchu Ocena emisji zanieczyszczeń w sieci transportowej Badanie dyspersji zanieczyszczeń Wyniki - stężenie substancji szkodliwych Pomiary rzeczywistej emisji zanieczyszczeń Model dyspersji Rys. 1. Procedura modelowania emisji spalin z wykorzystaniem VISUM Źródło: opracowanie własne. Rozłożenie potoku ruchu na sieci transportowej wymaga znajomości danych zawartych w bazach BST, FLE, FWE, FSP, zdefiniowanych w poprzednim punkcie, oraz wielkości zadań przewozowych QE. Wprowadzenie danych do środowiska PTV VISUM umożliwia przeprowadzenie symulacji wielowariantowego rozłożenia potoku ruchu wg różnych kryteriów (np. czas, koszt, długość drogi itp.). W prowadzonych symulacjach z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w VISUM środki transportu drogowego do przewozu pasażerów zagregowano do następujących typów: motorowery i motocykle, samochody osobowe, minibusy o liczbie miejsc od 6 do 9, autobusy o liczbie miejsc od 10 do 15, autobusy o liczbie miejsc od 16 do 45, autobusy o liczbie miejsc większej niż 45. Natomiast do przewozu ładunków zastosowano samochody ciężarowe charakteryzujące się dość szerokim wachlarzem ładowności, począwszy od samochodów dostawczych o DMC do 3,5 t, a kończąc na wysokotonażowych samochodach ciężarowych o DMC do 24 t. Wykorzystanie do symulacji narzędzia PTV VISUM pozwoliło na określenie wielkości obciążenia danego odcinka sieci drogowej, a to z kolei umożliwiło ocenę poziomu emisji zanieczyszczeń występującym na danym odcinku. Schemat przebiegu symulacji w modelu EMITRANSYS w PTV VISUM przedstawiono na rys Logistyka 4/2014

7 QE = [X1, X2] BFE=[FLE, FWE, FSP] BST=[S, ST, v(st)] MEST SYMULACJA xt(p, st, (a, b)) xp(p, st, (a, b)) GE = <WE, LE> P ab Emisja S = {1,..., s,, S} xt(p, st, (a, b)) xp(p, st, (a, b)) Ograniczenia Rys. 2. Schemat przebiegu symulacji modelu EMITRANSYS w VISUM Źródło: opracowanie na podstawie [5]. 5. WIELOWARIANTOWA ANALIZA ROZŁOŻENIA RUCHU NA SIECI Z ZASTOSOWANIEM MODELU EMITRANSYS Model EMITRANSYS w VISUM wykorzystano do przeprowadzania symulacji wielowariantowego rozłożenia potoku ładunków na sieć transportową Polski według trzech kryteriów: kryterium minimalizacji czasu przewozu (MC), kryterium minimalizacji długości drogi przewozu (MD) oraz kryterium minimalizacji kosztu przewozu (MK). Rozłożenia dokonano uwzględniając ładunki należące do 14 grup ładunkowych, tj.: chemikalia, drewno, koks, maszyny, meble, metale, pozostałe niemetaliczne, rolnictwo, rudy, spożywcze, sprzęt transportowy, surowce wtórne, węgiel oraz włókiennicze. Wyniki rozłożenia potoku ładunków w postaci graficznej przedstawiono na rys. 3 rys. 5. Rys. 3. Rozłożenie potoków ładunków na sieć transportową Polski wg kryterium minimalizacji czasu przewozu Źródło: opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Logistyka 4/

8 Rys. 4. Rozłożenie potoków ładunków na sieć transportową Polski wg kryterium minimalizacji długości drogi przewozu Źródło: opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Rys. 5. Rozłożenie potoków ładunków na sieć transportową Polski wg kryterium minimalizacji kosztu przewozu Źródło: opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum Logistyka 4/2014

9 Dla każdego z analizowanych wariantu rozłożenia potoku ładunków obliczono wielkość pracy przewozowej wykonanej przez transport kolejowy i drogowy (tabela 1). Tabela 1. Udział rodzajów transportu w wykonanej pracy przewozowej Rodzaj transportu Wykonana praca przewozowa [tkm] Według kryterium MK Według kryterium MD Według kryterium MC kolejowy drogowy Udział w wykonanej pracy przewozowej [%] kolejowy 23% 20% 7% drogowy 77% 80% 93% Źródło: Opracowanie własne. Wyznaczenia wielkości emisji substancji szkodliwych emitowanych do środowiska dokonano dla transportu drogowego. Założono, iż do realizacji przewozów ładunków wykorzystano trzy typy pojazdów samochody dostawcze, samochody ciężarowe bez przyczepy i ciężarowe z przyczepą. Do obliczeń wykorzystano dane o liczbie poszczególnych typów pojazdów na każdym z odcinków, będące wynikiem pomiarów ruchu z 2010 roku (SDPR 2010 średnio dobowy pomiar ruchu) oraz ich średnie ładowności (wyznaczone na podstawie danych przedstawionych w Transport Wyniki Działalności 2012). Udział poszczególnych typów pojazdów dostawczych i ciężarowych w przewozie dla każdego z wariantów przedstawiono na rys. 4 rys. 6. Rys. 4. Obciążenie sieci transportowej Polski pojazdami ciężarowymi dla wariantu wg kryterium minimalizacji czasu przewozu (MC) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Logistyka 4/

10 Rys. 5. Obciążenie sieci transportowej Polski pojazdami ciężarowymi dla wariantu wg kryterium minimalizacji drogi przewozu (MD) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Rys. 6. Obciążenie sieci transportowej Polski pojazdami ciężarowymi dla wariantu wg kryterium minimalizacji kosztu przewozu (MK) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum Logistyka 4/2014

11 Znajomość liczby poszczególnych typów pojazdów na odcinkach sieci transportowej i ich podstawowych charakterystyk ruchowych oraz otrzymanych danych o emisji z pomiarów wykonanych w rzeczywistych warunkach umożliwiło estymację wielkości emisji substancji szkodliwych (CO 2, CO, HC, NOx, PM) przez system transportowy. Do obliczeń wykorzystano moduł HBEFA w PTV Visum. Wielkość emisji substancji szkodliwych przez system transportowy wyrażonej w gramach przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Poziom zanieczyszczenia związkami szkodliwych spalin przez drogowe pojazdy ciężarowe dla wariantowego rozłożenia potoku ładunków Wariant Zanieczyszczenie Poziom zanieczyszczenia [g] CO CO ,12 MC HC ,82 NO X ,28 PM ,47 CO CO ,02 MD HC ,9 NO X ,04 PM ,7 CO CO ,82 MK HC ,31 NO X ,93 PM ,93 Źródło: Opracowanie własne. Poziomy emisji poszczególnych zanieczyszczeń w g/km na poszczególnych odcinkach sieci drogowej przedstawiono na rys. 7 rys. 9. Rys. 7. Poziom emisji substancji szkodliwych dla wariantu wg kryterium minimalizacji czasu przewozu (MC) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Logistyka 4/

12 Rys. 8. Poziom emisji substancji szkodliwych dla wariantu wg kryterium minimalizacji drogi przewozu (MD) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum. Rys. 9. Poziom emisji substancji szkodliwych dla wariantu wg kryterium minimalizacji kosztu przewozu (MK) Źródło: Opracowanie własne z wykorzystaniem modelu EMITRANSYS w Visum Logistyka 4/2014

13 WNIOSKI Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego ma na celu zmniejszenie degradacyjnego oddziaływania transportu na środowisko. Badania prowadzone w projekcie EMITRANSYS pozwoliły na ocenę wpływu emisji związków szkodliwych spalin środków transportu drogowego na zanieczyszczenie środowiska naturalnego. Na uwagę zasługują pomiary emisji spalin wykonywane w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego. Pomiary te niewątpliwie znacznie lepiej odzwierciedlają rzeczywistą sytuację niż stosowane do tej pory procedury testów symulujących rzeczywiste warunki eksploatacji, czy też testy stacjonarne wykonywane w warunkach laboratoryjnych. Opracowany model EMITRANSYS to narzędzie pozwalające na prowadzenie badań symulacyjnych wpływu transportu drogowego na środowisko przy uwzględnieniu zależności matematycznych poziomu emisji związków szkodliwych spalin w funkcji parametrów technicznych infrastruktury drogowej, jak również w funkcji rozwiązań organizacyjnych systemu transportowego i parametrów eksploatacyjnych pojazdów. Narzędzie to umożliwia prowadzenie badań symulacyjnych rozłożenia ruchu na sieci dla różnych wariantów ukształtowania oraz parametryzacji sieci transportowej. Ponadto zaproponowane podejście może stanowić wspomaganie procesów decyzyjnych związanych z organizacją sieci transportowej w Polsce. Dotychczasowe modele wykorzystywane do tego celu w zbyt małym stopniu uwzględniają specyfikę rzeczywistych czynników ruchu drogowego, szczególnie aspektów ekologicznych. Na podstawie otrzymanych wyników możliwe jest wnioskowanie w zakresie wpływu struktury potoku ruchu drogowego, jego parametrów i parametrów infrastruktury transportowej na zanieczyszczenie środowiska. Praca naukowa zrealizowana w ramach projektu badawczego pt. "Kształtowanie proekologicznego system transportowego" (EMITRANSYS), finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Streszczenie Artykuł definiuje potrzebę oraz prezentuje podstawowe założenia konstruowania modelu krajowego systemu transportowego uwzględniającego aspekty ekologiczne, a zwłaszcza emisję szkodliwych związków spalin. Zdefiniowano uwarunkowania techniczno-ekologiczne determinujące proekologiczne kształtowanie systemu transportowego. Zaprezentowano model formalny systemu oraz określono niezbędne dane do modelowania. Następnie przedstawiono model symulacyjny EMITRANSYS opracowany w PTV VISUM oraz wyniki wielowariantowego rozłożenia potoku ruchu na sieci z uwzględnieniem czynników ekologicznych. EMITRANSYS model of national transport system in terms of ecology Abstract Paper defines necessity and present basic assumptions for development of model of national transport system with regard to ecological aspects, especially emission of harmful compounds of exhaust gases. Crucial technical and ecological determinants of proecological constructing of transport system are defined. Formal model of the system is presented as well as data necessary for modeling. Next, the simulation model EMITRANSYS implemented in PTV VISUM is discussed and results of distribution traffic into transport network with regard to proecological determinants are given. LITERATURA [1] Ambroziak, T., Gołębiowski, P., Pyza, D., Jacyna-Gołda, I., Merkisz-Guranowska, A.: Identification and Analysis of Parameters for the Areas of the Highest Harmful Exhaust Emissions in the Model EMITRANSYS. Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 20, No. 3, Warszawa 2013, str [2] Briant R., Seigneur C., Gadrat M., Bugajny C.: Evaluation of roadway Gaussian plume models with large-scale measurement campaigns, Geoscientific Model Development, vol. 6, No. 2, pp , [3] European Environment Agency, Air quality in Europe 2012 report, Copenhagen [4] Gładysz J., Grzesiak A., Nieradko-Iwanicka B., Borzęcki A.: Wpływ zanieczyszczenia powietrza na stan zdrowia i spodziewaną długość życia ludzi, Probl. Hig. Epidemiol, vol. 91, pp , Logistyka 4/

14 [5] Jachimowski R., Kłodawski M., Lewczuk K., Szczepański E., Wasiak M., Implementation of the model of proecological transport system. Journal of KONES Powertrain and Transport. Warszawa Vol. 20, No. 4, str [6] Jacyna M., Żak J., Jacyna-Gołda I., Merkisz J., Merkisz-Guranowska A., Pielecha J.: Selected Aspects of the Model of Proecological Transport System, Journal of Kones, Powertain and Transport. Journal of KONES Powertrain and Transport, Warszawa Vol. 20, No. 3, str [7] Jacyna M.: Modelowanie i ocena systemów transportowych, Warszawa [8] Merkisz, J., Merkisz-Guranowska, A., Pielecha, J., Nowak, M., Jacyna, M., Lewczuk, K. and Żak, J., Exhaust emission measurements in the development of sustainable road transport. Journal of KONES Powertrain and Transport, Warszawa Vol. 20, No. 4, str [9] Merkisz, J., Pielecha, J., Radzimirski, St.: New Trends in Emission Control in the European Union. Springer Tracts on Transportation and Traffic, cz. 4, [10] Ministerstwo Infrastruktury: Polityka Transportowa Państwa na lata , [online], [dostęp 16 czerwca 2013 r.], dostępny w Internecie: [11] Regulation (EC) No 715/2007 of the European Parliament and of the Council of 20 June 2007 on type approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 5 and Euro 6) and on access to vehicle repair and maintenance information. [12] Sharma N., Chaudhry K. K., Chalapati R. C.V.: Vehicular pollution prediction modelling: a review of highway dispersion models, Transport Reviews vol pp , [13] Sprawozdanie z realizacji Zadania 1 pt Pomiary emisji związków szkodliwych spalin(co 2, CO, HC, NO x, PM) w rzeczywistych warunkach eksploatacji pojazdów dla różnych warunków drogowych projektu badawczego pt. Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego (EMITRANSYS) [14] Sprawozdanie z realizacji Zadania 2 pt Identyfikacja zależności funkcyjnych między emisją szkodliwych składników spalin a parametrami ruchu drogowego i strukturą potoków ładunków projektu badawczego pt. Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego (EMITRANSYS). [15] Sprawozdanie z realizacji Zadania 3 pt Opracowanie modelu kształtowania proekologicznego systemu transportowego projektu badawczego pt. Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego (EMITRANSYS). [16] Sprawozdanie z realizacji Zadania 4 pt Opracowanie implementacji modelu kształtowania proekologicznego systemu transportowego w programie PTV VISUM projektu badawczego pt. Kształtowanie proekologicznego systemu transportowego (EMITRANSYS). [17] Vaitiekūnas P., Banaitytė R.: Modeling of motor transport exhaust pollutant dispersion, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management vol. 14(1), pp , Logistyka 4/2014