Транспортне планування: мета та інструменти

Антон Гаген, експерт україно-німецької компанії А+С, яка здійснює розробку транспортної моделі для Києва, 24 листопада 2015 року розповів про основи транспортного планування.

Про мету транспортного планування

В чому суть транспортного планування? Є інженерія, розробка проекту, але коли виникає потреба коректно оцінити проект з точки зору доцільності його впровадження – то потрібно оцінити, які він принесе результати, якщо буде реалізований. Транспортні проекти – це дорого і довго, тому треба діяти з гарантією, що нова транспортна система «не возитиме повітря». Ключа ідея планування – оцінити попит в коридорах, вивчити доцільність – чи варто взагалі братися за проект.

Єдина можливість зробити таку оцінку – здійснити моделювання попиту. Нескладно порахувати витрати на проект – але все ж важливіше оцінити ефект від його впровадження. Транспортне планування – це наука на стику статистики, економіки і трохи інженерії. Економіка виникає двічі – «економіка перед» і «економіка після». «Перед» – це та, що впливає на транспортний проект, що стимулює поїздки – населення, розваги, робочі міста. «Економіка після» – економічна оцінка проекту з точки зору макрорезультатів. Коли ми говоримо про транспортний проект – ми говоримо про вплив на регіональну економіку. Все це оцінюється який виграш у ВВП зробить транспортний проект, як зміниться землекористування, економічні структури.

Як формуються поїздки? Дорослі люди зазвичай їздять на роботу та додому у будні дні у години пік, це 7-9, та 18-20 годин – це піки поїздок тих, хто на роботі. Є поїздки у магазини, задля дозвілля, до освітніх закладів. Так формуються шари попиту: дім-робота, дім-розваги, дім-освіта.

Що таке «економка після»?. У Тайвані вирішили прокладати швидкісну міжміську залізницю. Звичайні тайванські залізниці мають японський стандарт колій (трохи більше метра), а швидкісні – європейський, 1435 мм. Тому аби не було складного поєднання двох систем, станції швидкісних ліній вирішили робити не у центрах міст, а на околицях.

Наприклад, околиця міста Сінджу, тут до 2003 року не було нічого – точніше, було село. Сучасний знімок – тут місто, з високоповерховою забудовою і всіма елементами урбанізованого середовища. Все за рахунок того, що доступність до цієї території дуже підвищилася. З Тайбея у Сінджу їхати автобусом 1,5 години, але після побудови швидкісної залізниці – лише півгодини від самого центру Тайбею. Так забита околиця іншого міста перетворилася на приміську зону Тайбею – з точки зору часу поїздки. Будували лінію довжиною 350 км у 2000-2007 роках.

Математична статистика. Вона з’являється на етапі моделювання, виявляє закономірності у поїздках та їх розподілі. Транспортне моделювання неможливе без соціології – це опитування, економічний стан населення, точки відправлення і призначення. Мета поїздок, розподіл режимів – це громадський транспорт, автомобіль, пішки. А єдиний спосіб адекватно дізнатися завантаження приватного транспорту – це саме соціологічні опитування.

Інженерія ж – це вже останній етап транспортного планування, який виходить за межі аналізу попиту. Ми ж здійснюємо розрахунок попиту, і це визначає тип вхідних даних. Проекти, які ми оцінюємо, не мають інженерного обґрунтування, ми моделюємо коридор, що пролягає через певні території і залучає певний попит. Ми робимо те, що робиться перед розрахунками інженерії, – навіщо рахувати залізничну лінію, яка возитиме повітря.

Про розподіл міста на транспортні райони

Найважливіше, що визначає нашу роботу, – це розподіл міста на транспортні райони, що визначає транспортний попит і пропозицію. Якщо ми говоримо про місто, то його можна дробити дуже сильно – хоч до людини. Але проблема в тому, що транспортне планування потребує дискретності, моделювання поведінки кожної людини неможливе і недоцільне. Хто читав Айзека Азімова, то там написано: можна спрогнозувати тенденцію, групу людей, тренд – але не можна спрогнозувати поведінку окремої людини чи невеликої групи.

Єдиний варіант – це поділ міста на певні шматочки, які ми називаємо транспортними районами. Питання як ділити. Задача полягає в тому, аби знайти компроміс: чим менше ми ділимо, тим менше кореспонденцій у нас потрапляють до досліджень, адже кореспонденції всередині транспортних районів не враховуються. Але чим більше ми ділимо місто, тим менше точок попадає у певну клітину, тим більшу потрібно робити вибірку.

Не маючи достатньої кількості спостережень, ми не зможемо зробити якісну модель. Зробити такі соцопитування фізично не можливо: це і дуже дорого, і банально неможливо по термінам: опитування розтягнеться на такий строк, що втратить сенс. Тому ми зупиняємся на певному компромісному поділі. Ми не знаємо, що відбувається всередині транспортного району і втрачаємо внутрішньозональні переміщення – кореспонденції всередині транспортного району. Тому при визначенні кордонів транспортного району потрібно мінімізувати внутрішні переміщення, і кордони мають бути опуклими: аби не було ситуації, коли для того, аби потрапити з однієї части транспортного району в іншу доводилося переміщатися транзитом через інший транспортний район.

Так, у Києві всього виділено 407 транспортних районів: є внутрішньоміські, є приміські і кордонні. Міські райони – найменші, приміські – вони включають території за межею міста, це зазвичай 1-2 населених пункти біля кордону міста. Для них, як і для міських районів, заповнюється повний набір статистики. Тож у нас по Києву повноцінно 392 транспортні районі – в межах міста і приміські. А кордонні райони – це входи в систему, адже місто, міська агломерація є відкритою транспортною системою. Це генератори трафіку всередину і назовні, для них не вказується статистика.

По Києву поділ на транспортні райони здійснювався спільно з пітерським офісом, тому тут не скрізь зробили все точно. Наприклад, Русанівські сади опинилися в одному транспортному районі з Трухановим островом, і такі моменти доводиться враховувати додатковим розставлянням примикань. По Києву є декілька таких районів, але міняти вже пізно – адже за розподілом на транспортні районі здійснюється і збір статистики, і соціологічні опитування.

Про способи введення даних

Коли ми визначилися з районуванням – визначаємося з транспортною пропозицією, це вулична мережа з системою контролю та регулювання (всі світлофори, дозволені повороти на перехрестях та розв’язках тощо) та весь громадський транспорт. Вулично-дорожня мережа вноситься практично вручну. Ми спочатку викачували та імпортували з openstreetmap схеми вуличної мережі, а далі за допомогою яндекс та гул-панорам (які свіжіші) вручну «вичитували», де скільки смуг, які повороти на вузлах відкриті для руху і в якому режимі – адже зазвичай це мало кому цікаво.

Далі – маршрути громадського транспорту, що мають два напрямки, тобто, відповідно, два варіанти. Загалом це величезний список, і треба стежити, аби зупинки відповідали системах транспорту, коли на них зупиняється декілька маршрутів. Відповідно, треба переконатися, що на кожній зупинці відкрито опцію, наприклад, маршруту автобуса – якщо до цього вона використовувалася виключно як тролейбусна. Ми працюємо з сайтом EasyWay, отримували від них бази даних з інтервалами, трасуванням.

Транспортний район – це лише певна область, і як цей потік вивести на вулично-дорожнью мережу? Для цього використовують примикання – це виїзди на вуличну мережу з транспортних районів, через які і відбувається генерація трафіку. Це також величезний шматок ручної роботи, аби по кожному конкретному примиканню встановити дані. Наприклад, що на цьому – саме 323 машини. Довжина примикання встановлюється в часі – за який ці машини виїжджають на вулично-дорожню мережу. Також є примикання системи громадського транспорту – це або вузли (коли враховуються пересадки), або зупинки.

Наступний блок даних – це транспортний попит, сукупність поїздок, цілі, режими поїздок тощо. Ми використовували дані по КВЕДам щодо зайнятості населення, отримали інформацію від освітніх закладів – місць у школах, дитячих садочках, кількість студентів у ВУЗах. За допомогою додатку до смартфонів TransitLand залучені нами студенти здійснювали заміри реального пасажиропотоку у громадському транспорті – по кожній зупинці, з прив’язкою до часу.

Також у один обраний день проводилося дослідження наповненості громадського транспорту. Тоді на мережі було визначено 16 точок, переважно на великих трасах. Стояло дві людини (по одній в кожному напрямку) і у відповідні колонки проставляли тип рухомого складу (аби врахувати місткість – наприклад, «Газель», «Богдан», 12-метровий автобус, автобус-гармошка) і проставляли наповненість від 1 до 6 балів.

Було проведено велике телефонне опитування – 30 тисяч респондентів. В опитуванні ми питали людей: пригадайте всі ваші поїздки за вчора – звідки, куди, навіщо і чим. Було низка уточнюючих питань, наприклад, скільки часу ви йдете до машини, скільки ви чекали транспорту. Також пропонувалося оцінити, що люди думають про якість громадського транспорту. Ці фактори впливають на корисність поїздки як продукту – і, відповідно, частці вибору типу поїздки. Ми ці всі дані зводимо в набори, які ділимо на шари попиту, а також три типи поїздок – пішки, індивідуальним чи громадським транспортом.

Додатково ми здійснювали і заміри інтенсивності руху індивідуального транспорту на 78 розв’язках – по камерам, так було заміряно трафік на основних вузлах. Ці дані використовуються для калібровки моделі – аби проконтролювати, чи вона відображає дійсність.

4-крокова транспорта модель

Наш основний інструмент – це класична методологія 4-крокової моделі транспортного попиту. Складається вона з 4 етапів, але, по факту, ці кроки можуть об’єднуватися. Це генерація, розподіл, вибір режиму і маршруту.

1. Генерація поїздок

У нас є транспортний район, з якого генерується певна кількість поїдок, – зумовлена тим, що там хтось живе чи там щось відбувається. Є певна математична функція з низки факторів, що генерує цей потік. В книжках зазвичай обмежуються лінійною функцією, але насправді це складніше. На генерацію поїздок впливають такі чинники як кількість населення, робочих місць, притягнення поїздок відбувається місцями розваг, освіти тощо.

2. Розподіл поїздок

Ми знаємо, що у нас є певний обсяг переміщень з одного транспортного району в інший, транспортні райони генерують потоки назовні, всередині і між собою. Загальна функція прямо пропорційна поїдкам і обернено пропорційна опору – це вартість, час, для міжміських – відстань. Коли ми говоримо про міські поїздки, відстань не має значення, важливий лише час.

3. Вибір режиму

Тепер треба визначити, як здійснюється поїздка. Можна піти пішки, поїхати на велосипеді, на таксі, скористатися громадським транспортом, приватним автомобілем чи комбінувати. Наприклад, можна їхати самому на машині – або з кимось. У окремих країнах виділяють це як окреме поняття НОV – транспортний засіб з великим завантаженням. Мова йде про приватні машини, які везуть понад 1 людину, чи, наприклад, понад 2-3. Надаючи їх певні преференції, можна стимулювати більшу наповненість автомобілів, наприклад, через розвиток смуг громадського транспорту з дозволом руху НОV. У Тайвані є платна автострада, де ліва смуга для HOV – для завантаженого транспорту. Це там рахується автобуси, таксі, автомобілі, де їде 3 і більше людей. Це робиться, аби зменшувати кількість транспортних засобів, і, відповідно, пробки.

Громадський транспорт також має розподіл, і він може бути вельми великим – наприклад, магістральні автобуси, локальні автобуси, експреси, трамваї, електрички тощо. На практиці ж ми переважно говоримо про індивідуальний, громадський транспорт і пішоходів. На Заході ж мають поширення незвичні для нас суміщені поїздки. Наприклад, P&R (Park&Ride, «паркуйся і їдь») – коли на приватному автомобілі доїжджають до перехоплюючого паркінгу і далі користуються громадським транспортом. Або K&R (Kiss&Ride, «цьом і їдь») – коли водій підвозить когось до громадського транспорту на машині, такі поїздки розповсюджені серед членів однієї сім’ї. В нашій методології є 2 типи пішохідних переміщень: звичне, що суміщає початок і кінець поїздки, і суміщене – з громадським транспортом.

Як приймається рішення про режим поїздки? На основі корисності, що складається з двох частин. Перша – це певні об’єктивні фактори, наприклад, час поїдки, кількість пересадок, скільки дійти пішки до автомобіля. І є схоластичний елемент, що надає індивідуальності кожній людині і є непередбачуваним. Ми припускаємо, що математичне очікування цього схоластичного фактору – нуль, усереднюючи його в масі людей. Тобто, ми припускаємо, що люди об’єктивно обирають режим транспорту. Однак для наших реалій є одна особливість стосовно вибору між громадським та індивідуальним транспортом. Це певний суспільний стереотип, що приватне авто – це престижно, і чимало людей обирають такий режим поїздок, хоча на громадському транспорті може бути і значно дешевше, і співмірно по часу.

4. Вибір маршруту

Четвертий крок – це вибір маршруту. Ми знаємо скільки сгенеровано трафіку, скільки притягнено, знаємо розподіл між транспортними районами, режим поїдки. А далі потрібно визначити – яким саме громадським транспортом скористаються пасажири, якою саме дорогою їдемо машиною. Якщо є альтернативи, то ми приходимо до моделі, що базується на виборі. І тут вже грає велику роль співвідношення потоку до ємності маршруту. Адже, наприклад, якщо одна дорога більш оптимальна, ніж друга, всі автомобілі намагатимуться рушити першою – то на ній утворяться затори, і проїхати другою вже буде навпаки краще.

Чому транспортна модель не спрогнозує велодоріжки і нічний транспорт

При плануванні мова йде про безальтернативні поїдки, тобто коли люди і так їздять – і питання лише як, яким транспортом і по яким маршрутам. У Києві враховано лише 3 основні типи режимів поїздок: пішки, громадським транспортом та приватним автомобілем. При соціологічному опитуванні пропонувалося обирати велосипед – але з 30 тисяч опитаних лише 4 людини назвали його як засіб пересування, тож цих даних поки недостатньо для моделювання маршрутів велодоріжок. А нічний транспорт неможливо промоделювати, адже це по суті альтернативні поїздки, без яких люди переважно можуть обходитися. Впровадження нічних маршрутів змінює поведінку людей, і тут найкращий інструмент – соціологічні опитування.

Інтенсивність руху наземного громадського транспорту в Києві