Badania ruchu w Trójmieście w ramach projektu Kolei Metropolitalnej. mgr inż. Szymon Klemba Warszawa, r.

Transkrypt

1 Badania ruchu Trójmieście ramach projektu Kolei Metropolitalnej mgr inż. Szymon Klemba Warszaa, r.

2 SPIS TREŚCI 1 Tło i cel badań 2 Podstaoe pojęcia modeloania 3 Proces budoy modelu 3A Model układu transportoego 3B Model potokó ruchu 3C Model interakcji transportoych 4 Podsumoanie

3 1 - Wstęp 1 TŁO I CEL BADAŃ

4 1. Tło i cel badań Geneza projektu Pomorskiej Kolei Metropolitalnej 1914 otarcie linii kolei kokoszkoskiej Gdańsk Wrzeszcz Stara Piła

5 1. Tło i cel badań Geneza projektu Pomorskiej Kolei Metropolitalnej 1945 linia nieprzejezdna z uagi na działania ojenne X X

6 1. Tło i cel badań Geneza projektu Pomorskiej Kolei Metropolitalnej 1973/1974 budoa i otarcie noego Portu Lotniczego dla Gdańska

7 1. Tło i cel badań Geneza projektu Pomorskiej Kolei Metropolitalnej 2005 opracoanie zespołu ekspertó z trójmiejskich uczelni (m.in. dr inż. Andrzeja Massela) dotyczące odbudoy kolei kokoszkoskiej 2007 stępne studium ykonalności (ykonane przez CNTK) 2008 studium ykonalności (ykonane przez IVV), pisanie projektu na listę projektó kluczoych POIŚ 2009/2010 aktualizacja studium ykonalności, dokumentacja przedprojektoa 2009/2010 budoa modelu ruchu i opracoanie prognozy ruchu dla Pomorskiej Kolei Metropolitalnej (realizoane przez IK na zlecenie inicjatyy JASPERS)

8 1. Tło i cel badań Cel badań Opracoanie prognoz ruchu dla Pomorskiej Kolei Metropolitalnej oraz określenie jej płyu na funkcjonoanie systemu transportoego Trójmiasta Narzędzie badań Cyfroy model ruchu (podróży) opracoany oparciu o yniki Kompleksoych Badań Ruchu przeproadzonych Gdańsku roku 2009 (tz. KBR 2009)

9 2. Podstaoe pojęcia modeloania 2 PODSTAWOWE POJĘCIA MODELOWANIA

10 2. Podstaoe pojęcia modeloania Idea modeloania Dane ejścioe Czynniki płyające na przeozy MODEL Wynik

11 2. Podstaoe pojęcia modeloania Idea modeloania Funkcja określająca pły czynnikó na ielkość ejścioą Wielkość ejścioa (bazoa) Wynik końcoy Czynniki płyu Funkcja określająca artość końcoą na podstaie zmiennych objaśniających Zmienne objaśniające Wynik końcoy

12 2. Podstaoe pojęcia modeloania Model Model jest to odzoroanie fragmentu rzeczyistości Możemy yróżnić - Modele opisoe - Modele fizyczne - Modele analogoe - Modele matematyczne Model stanoi narzędzie do proadzenia badań nad rzeczyistym obiektem / systemem (np. systemem transportoym)

13 2. Podstaoe pojęcia modeloania Podział modeli matematycznych Uzględnienie zmienności parametró czasie: - modele statyczne i dynamiczne Peność parametró modelu - modele deterministyczne i stochastyczne Postać funkcji zaierających zmienne modelu - modele linioe i nielinioe

14 2. Podstaoe pojęcia modeloania Model systemu transportoego W celu przeproadzenia badań płyu Pomorskiej Kolei Metropolitalnej na system transportu Trójmiasta niezbędna była realizacja procesu modeloania potokó ruchu: 1. Definicja obszaru i celu badań 2. Wybór modelu i jego struktury 3. Identyfikacja artości parametró modelu 4. Wybór algorytmó obliczeń 5. Weryfikacja modelu (jeśli negatyna, róć do pkt. 2) 6. Wykorzystanie modelu do badań

15 3. Proces budoy modelu 3 PROCES BUDOWY MODELU

16 3. Proces budoy modelu Modeloanie potokó ruchu proces budoy lub aktualizacji modelu ruchu osób pojazdó lub transportu ładunkó raz z procesem budoy lub aktualizacji modelu układu transportoego zajemnie poiązanych modelem interakcji transportoych. Potok ruchu - zbiór przypisany do określonego ektora transportoego (yjaśnione później): - podróży osób, - przejazdó osób - przejazdó pojazdó, - przeozó ładunkó.

17 3. Proces budoy modelu Sieć transportoa zbiór ęzłó i łączących je odcinkó (łukó), możliy do opisania postaci grafu zorientoanego (modelu sieci transportoej) przeznaczona dla podróży osób, przeozu ładunkó i przejazdu pojazdó. Sieć transportoa jest podstaoym komponentem układu transportoego. Przykłady: - sieć drogoo uliczną (miasta), sieć dróg publicznych, krajoych, regionalnych, poiatoych, gminnych, sieć autostrad; - sieć kolejoa, - sieć transportu zbioroego, - sieć tras roeroych.

18 3. Proces budoy modelu Formalnie można zapisać sieć transportoą jako trójkę S = <W,L,F> Gdzie: W zbiór ęzłó sieci, L zbiór łukó sieci, F zbiór charakterystyk (atrybutó, parametró) sieci. W L F = { }; i = {( = { F i i W,, F = 1,... N j L ) : } i W j W i j}

19 Przykład 3. Proces budoy modelu L N d d d d F F F F L W j i j i L L W j i j i = = = = ), ;( ; ), ( :,...} {..., }, { )}, ),(, ),(, ),(, ),(, ),(, ( ),, ),(, ),(, ),(, ),(, ),(, {( },,, { ), ( ), (

20 3. Proces budoy modelu Rejon transportoy yodrębnione i ponumeroane, dla potrzeb budoy modelu potokó ruchu obszary analizoanej jednostki terytorialnej (rejony enętrzne) i poza jej obrębem (rejony zenętrzne) taki sposób, aby: - dla każdego źródła i celu podróży przypisać można było odpoiedni numer rejonu transportoego, - każdemu rejonoi transportoemu można było modelu przypisać ęzły sieci transportoej (ęzły nadania i odbioru ruchu).

21 3. Proces budoy modelu Formalnie rejon transportoy jest podzbiorem R k zbioru ierzchołkó W. R W k W = { R,..., R 1 k,..., R K } Własności R, R W i R 1 j R 1 R... R k 2 =... R K = W

22 3. Proces budoy modelu Wektor transportoy - połączenie dóch: - ęzłó sieci transportoej lub określonych zbioró ęzłó, - rejonó transportoych lub określonych zbioró rejonó transportoych, z których jeden jest zbiorem ęzłó transportoych lub rejonó transportoych nadania potoku ruchu a drugi zbiorem ęzłó lub rejonó transportoych jego odbioru. [1,3] [102,104]

23 3. Proces budoy modelu Układ transportoy sieć transportoa (lub zespół sieci transportoych), którym przyporządkoane zostają atrybuty istotne z punktu idzenia opisu struktury podażoej systemu transportoego. Przykładoe atrybuty: - przepustoość, prędkość dopuszczalna (ielkości fizyczne), - trasy transportoe. Układ transportoy może być opisany yróżnionymi arstami zależności od rodzaju użytkoania (drogoy, drogoo-uliczny, publiczny transport zbioroy, ) bądź postaci atrybutó odcinkó i ęzłó jednego ogólnego grafu lub poprzez odrębne grafy, np. układ drogoy, układ transportu zbioroego

24 3. Proces budoy modelu Trasa transportoa segment (fragment) sieci transportoej opisany poprzez yspecyfikoane od początkoego przez pośrednie do końcoego ęzły sieci transportoej połączone między sobą odcinkami międzyęzłoymi. Trasa transportoa, jako element sieci przypisana może być linii transportu zbioroego. T i = {( a, b ),( b, c ),...,( j, k )} Linia transportu zbioroego - regularne połączenie transporcie zbioroym na określonej trasie transportoej z yznaczonymi przystankami i innymi określonymi atrybutami (np. czasy przejazdu, częstotliość kursoania, czasy postojó na przystankach)

25 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego MODEL UKŁADU TRANSPORTOWEGO Model układu transportoego numeryczny opis jednego lub ielu układó transportoych ujęciu odpoiednim dla przyjętej modelu struktury popytoej transportu. Na kolejnych slajdach przedstaiony zostanie model układu transportoego dla Trójmiasta

26 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Zasięg terytorialny modelu - miasta Gdańsk, Gdynię i Sopot, oraz następujące - poiaty: ejheroski, kartuski, bytoski, kościerski oraz gdański Szczegółoość modelu (podział na 198 rejonó komunikacyjnych) rejonó Gdańsku, - 6 rejonó Gdyni, - 2 rejony Sopocie, - dla poiató edług zasady 1 gmina = 1 rejon.

27 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego

28 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Zdefinioane układy transportoe - transport indyidualny samochodoy (C), - transport autobusoy (B), - transport trolejbusoy (Tbus), - transport tramajoy (T), - kolej regionalna (R), - Szybka Kolej Miejska (SKM), - Pomorska Kolej Metropolitalna (KM), - transport pieszy (W)

29 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Definicja ulic i dróg (łącznie 9600 odcinkó) - klasa 1 ulice i drogi z 3 pasami dla kierunku głóne, - klasa 2 ulice z 2 pasami dla kierunku głóne bez możliości parkoania, - klasa 3 ulice z 2 pasami dla kierunku głóne z możliością parkoania, - klasa 4 ulice z 1 pasem na kierunek głóne, - klasa 5 - ulice z 1 pasem na kierunek lokalne, - klasa 6 - ulice z 1 pasem na kierunek zbiorcze, - klasa 7 ulice osiedloe i o ruchu uspokojonym,

30 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Parametry dróg i ulic

31 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Parametry dróg i ulic

32 3. Proces budoy modelu A) Model układu transportoego Rodzaje i parametry ęzłó (łącznie 3800 ęzłó) - ęzły bez sygnalizacji śietlnej - ęzły z sygnalizacją śietlną Węzły scharakteryzoane są przez - dostępne relacje przejścia przez ęzeł - średni czas oczekiania na śiatło zielone - karą czasoą za przejazd przez ęzeł Linie komunikacyjne (144 linie, 321 tras) W modelu zdefinioano przebieg linii komunikacji zbioroej i scharateryzoano atrybutem częstotliości kursoania

33 3. Proces budoy modelu 3 MODELE POTOKÓW RUCHU I INTEAKCJI TRANSPORTOWYCH A KBR

34 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji MODEL POTOKÓW RUCHU i MODELE INTERAKCJI TRANSPORTOWYCH KLASYCZNE MODELOWANIE CZTEROETAPOWE 1. MODEL GENEROWANIA PODRÓŻY 2. MODEL DYSTRYBUCJI PODRÓŻY 3. MODEL PODZIAŁU MIĘDZYGAŁĘZIOWEGO 4. MODEL ROZŁOŻENIA NA SIEĆ TRANSPORTOWĄ (WYBORU DROGI)

35 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Aby sparametryzoać modele potokó ruchu i interakcji transportoych należy dysponoać odpoiednią bazą danych dotyczącą badanego obszaru, np. ynikami KBR. Kompleksoe badania ruchu (KBR) badanie zachoań komunikacyjnych yodrębnionej jednostce terytorialnej określonej jako obejmujące: a) badania reprezentacyjne są to badania zachoań komunikacyjnych przeproadzone formie yiadu z osobami ybranymi trybie losoania spośród badanej populacji osób, gospodarst domoych lub pojazdó, którym dobór osób i liczba udzielonych yiadó (liczebność próby) poinny zapenić reprezentatyność opisu zachoań komunikacyjnych populacji na poziomie określonego błędu statystycznego.

36 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Jakie podstaoe dane ramach yiadu? - Liczba porządkoa podróży - Numer yiadu - Numer rejonu początku i końca podróży - Dokładne adresy miejsc początku i końca podróży - Data i czas podróży - Motyacja podróży - Wykorzystyany środek transportu - Waga populacji Dla KBR Gdańsk zebrano dane o 23 tys. podróży (ok. 5% populacji).

37 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji b) pomiary natężeń ruchu elementach układu transportoego zakresie niezbędnym dla potrzeb eryfikacji modelu ruchu - pomiary ekranoe - kordonoe i innych elementach układu transportoego Pomiar ekranoy pomiar natężeń ruchu na szystkich trasach transportoych przecinających ytyczoną linię rozdzielająca da obszary yodrębnionej jednostki Pomiar kordonoy pomiar natężeń ruchu na szystkich trasach transportoych przecinających granicę obszaru ydzielonego z yodrębnionej jednostki terytorialnej c) niezbędne pomiary arunkó ruchu dla potrzeb budoy i eryfikacji modelu potokó ruchu

38 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Pomiar ekranoy Pomiar kordonoy Natężenie ruchu [liczba poj. / h]

39 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Pomiary ekranoe i kordonoe

40 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Pomiary ruchu na przekrojach

41 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Pomiary ruchu na przekrojach (przykładoy przekrój)

42 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Pomiary ruchu na skrzyżoaniach

43 3. Proces budoy modelu Model potokó ruchu, modele interakcji Oprócz / badań przeproadzono: - Badania ankietoe pasażeró komunikacji zbioroej (Przykład: plik xls) - Pomiary napełnień pojazdó komunikacji zbioroej (Przykład: plik xls) - Badania ankietoe kierocó pojazdó ciężaroych Kompleksoe badania ruchu są kosztochłonne i czasochłonne

44 3. Proces budoy modelu 3B MODEL POTOKÓW RUCHU

45 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Model potokó ruchu matematyczny zapis struktury popytoej transportu oparty na badaniu zachoań komunikacyjnych, który poprzez model interakcji transportoych przeznaczony jest do - prognozoania ruchu, - badania zmiany potokó ruchu procesie planoania układó transportoych, - optymalizacji sieci transportoych. Podstaoymi atrybutami modelu ruchu są: - obszar podzielony na rejony transportoe, - okres czasu (np. godzina szczytu) i horyzont czasu (daty), - rodzaj ruchu, - zastosoane modele interakcji transportoych

46 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Model potokó ruchu musi dostarczać danych na temat potokó ruchu generoanego i absorboanego poszczególnych rejonach komunikacyjnych. Kolejne kroki: 1) Wstępna analiza danych z KBR, 2) Zsumoanie liczby podróży rozpoczynających się poszczególnych rejonach komunikacyjnych g motyacji podróży 3) Zsumoanie liczby podróży kończących się poszczególnych rejonach komunikacyjnych g motyacji podróży 4) Definicja zestau zmiennych objaśniających 5) Dobór postaci i parametró funkcji określających potencjały ruchotórcze 6) Analiza zgodności ynikó modeloych z badaniami

47 Jeżeli daną podróż rozpoczynającą rejonie yznaczonym przez ęzeł początkoy, a kończącą się rejonie yznaczonym przez ęzeł końcoy, motyacji m danej jednostce czasu (np. godzinie szczytu) oznaczymy jako to zbiór podróży generoanych danym rejonie Ri danej motyacji M oznaczymy: 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu O o m R R p j j i i m o j i 1,..., 1,...,4,,, = = } : {,, M m W R p P j i i m o R M j i i = =

48 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Zbiór podróży absorboanych oznaczamy z kolei: P R M, j i j = { po, m : i W j R j m = M} Liczbę podróży generoanych i absorboanych danym rejonie yznaczamy jako liczność zbioró podróży generoanych i absorboanych: P ; R M P i R j M Uzyskujemy tym samym liczbę podróży yznaczoną na podstaie badań.

49 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Pozostaje teraz yznaczyć funkcje określające liczbę podróży przy pomocy zmiennych objaśniających. W celu yznaczenia parametró funkcji ykorzystuje się do tego np. regresję linioą. 1) Dobór zmiennych objaśniających, np. x 1 2) Dobór postaci funkcji, np. y=ax 1 +b 3) Wyznaczenie parametró funkcji, np. a i b 4) Ocena modelu (spółczynnik korelacji, spółczynnik zgodności) R 2 n i= 1 = n ( y' y ) ( yi yśr ) i= 1 i śr 2 2

50 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Uzyskane kształty i parametry funkcji

51 3. Proces budoy modelu B) Model potokó ruchu Po określeniu liczby genereroanych i absorboanych poszczególnych rejonach należy określić ich rozkład przestrzenny. Podstaoym narzędziem jest tutaj model graitacyjny. 1) Określenie kryterium rozkładu (czas lub odległość) 2) Wyznaczenie funkcji oporu (na podstaie rozkładu pradopodobieństa odległości / czasu podróży) 3) Wyznaczenie macierzy podróży źródło cel spełniającej ograniczenia: - nieujemności - zgodności artości potencjałó Wynik końcoy macierz podróży źródło - cel

52 3. Proces budoy modelu 3C MODEL INTERAKCJI TRANSPORTOWYCH

53 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych Model interakcji transportoych obejmuje matematyczny opis yodrębnionych dla potrzeb modeloania potokó ruchu ziązkó zachodzących między: - strukturą popytoą transportu, - strukturą podażoą, - otoczeniem. Kluczoe dla modelu interakcji są czynniki ruchotórcze mieszczące się pomiędzy strukturą popytoą i podażoą transportu, ziązane z zagospodaroaniem przestrzennym.

54 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych Czynniki ruchotórcze cechy: - zagospodaroania przestrzennego, - socjalno demograficzne, - dostępu do układó transportoych (arunki korzystania z układó i sieci transportoych: rozkład jazdy, system opłat, system linii komunikacyjnych, możliość parkoania, bariery fizyczne) składające się na określone: - decyzje transportoe - zachoania transportoe

55 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych Decyzje transportoe - decyzje o podróżach oparte na modelu mikroekonomicznym, zgodnie z którym każdy podmiot mikroekonomiczny maksymalizuje różnice korzyści i kosztó (zysk). Zachoania transportoe opisany miarami ruchu, skaźnikami lub artościami zględnymi zbiór decyzji transportoych o podjęciu podróży, lokalizacji celu, yborze środka transportu i trasy podróży, przejazdu lub przeozu składających się na popyt transportoy i strukturę popytoą systemu transportoego określonym interale czasoym.

56 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych 1. Ustalanie podziału międzygałęzioego - Wydzielenie podróży pieszych przedziały klasoe piesze liczebność niepiesze pradopodobieństo podróży pieszych poniżej 0, ,841 0,5 0, ,766 0,8 1, ,819 1,1 1, ,641 1,4 1, ,561 1, , , ,382 2,3 2, ,254 2,6 2, ,184 2,9 3, ,115 3,2 3, ,143 3,5 3, ,135 3,8 4, ,062 4,1 4, ,050 4,4 4, ,040 4, , , ,036 5,3 5, ,019 poyżej 5, ,018

57 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych U p = e ( 0,67 0,78x)

58 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych - Podział na środki transportu pradopodobieństo klasy PrT PuT yboru PrT iloraz PrT / PuT poniżej ,939 15, ,918 11, ,793 3, ,729 2, ,678 2, ,454 0, ,566 1, ,456 0, ,477 0, ,522 1, ,404 0, ,408 0, ,157 0, ,442 0, ,432 0, ,240 0, ,348 0, ,217 0, ,286 0, ,445 0, ,138 0, ,252 0,34

59 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych - Podział na środki transportu odległość czas PrT 11, , , , , , ,93685 czas PuT 21, , , , , , ,37347 iloraz 0, , , , , , , pradopodobieństo PrT 0, , , , , , , Ważony (liczbą podróży) czas podróży Iloraz czasó Pradopodobieństo yboru PrT

60 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych - Podział na środki transportu iloraz pradop 0,51 0,71 0,60 0,58 0,64 0,65 0,64 0,65 0,66 0,47 0,67 0,55 0,68 0,65 0,69 0,54 0,69 0,49 0,69 0,61 0,69 0,44 0,69 0,48 0,71 0,73 0,72 0,57 0,74 0,44 0,74 0,45 0,74 0,45 0,77 0,71 0,83 0, ,4e U PrT = z

61 3. Proces budoy modelu C) Model interakcji transportoych 2. Rozkład ruchu na sieć - Przyporządkoanie jednostek potoku ruchu do poszczególnych elementó układu transportoego. - Kryterium minimalnego czasu, kryterium rónoagi lub inne. - Kestia oporu odcinka (prędkość ruchu sobodnym), - Metoda iteracyjna. Kestia stosoanego algorytmu ymaga oddzielnego omóienia.

62 4 Bariery rozoju transportu zbioroego 4 PODSUMOWANIE

63 4 Bariery rozoju transportu zbioroego Modeloanie systemó transportoych jest procesem bardzo czasochłonnym, pozala jednak na uzyskanie danych na temat prognozoanych potokó ruchu. Wiedza na temat przeidyanie problemó funkcjonoaniu systemu transportoego - racjonalne kształtoanie polityki rozoju infrastruktury transportoej ( tym kolejoej) danego kraju, (np. określanie sensu ekonomicznego inestycji) - racjonalne kształtoanie polityki taboroej przeoźnikó, - ybór optymalnego (suboptymalnego) ariantu oferty przeozoej

64 Bibliografia 1. informacje historyczne na temat kolei kokoszkoskiej i projektu PKM 2. RailMap historyczna mapa polskiej sieci kolejoej 3. A.Krych, Słonicto Kompleksoych Badań Ruchu, SITK Poznań 4. Jacyna M., Wybrane zagadnienia modeloania systemó tranortoych 5. Analiza marketingoa dla Pomorskiej Kolei Metropolitalnej, IK

65 Dziękuję za uagę Dziękuję za uagę mgr inż. Szymon Klemba