1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы

В настоящее время маршрутная система городского пассажирского транспорта (ГПТ) требует пересмотра, изменения и трансформации. Это связано с поиском путей повышения привлекательности использования различных видов ГПТ населением крупных городов. Для экономии временных затрат целесообразно использовать скоростные виды ГПТ в ежедневных передвижениях населения. Но прямая доступность скоростного ГПТ обеспечена не для всех жителей города, для этого необходимо использовать различные виды подвозящего транспорта (городской автомобильный, личный автомобиль, СИМ и др.) к остановочному пункту скоростного. Для снижения временных и финансовых затрат при перемещениях пассажиров ГПТ необходимо обеспечить оптимальное взаимодействие различных видов транспорта в транспортной системе города и его агломерации. Создание мультимодальной транспортной сети ГПТ обеспечит комфортное и качественное передвижение пассажиров как внутри города, так и в границах его агломерации. Оптимальная мультимодальная транспортная сеть ГПТ должна учитывать особенность планировочной структуры крупного города, численность постоянно проживающих жителей и приезжающих туристов, уровень развития транспортной системы города, природно-климатические особенности, влияющие на сезонные колебания пассажиропотоков и экономический потенциал региона.

Целью работы является разработка современной топологической схемы города основанной на мультимодальности, обеспечивающей привлекательность использования ГПТ населением города-миллионника.

По литературным источникам [1-3] отмечается, что основными этапами транспортного проектирования городов являются технико-экономические основы, генеральный план и комплексная транспортная схема. Исходными материалами для транспортного проектирования служат данные различных исследований городского движения. Совершенствование маршрутной системы городов-миллионников сложный и трудоемкий процесс, он невозможен без применения экономико-математических методов, внедрения телематических систем и цифровой инфраструктуры [4-6]. При создании оптимальной мультимодальной модели маршрутной системы пассажирских перевозок необходимы сведения о пассажирообороте остановочных пунктах, объеме перевозок пассажиров по маршрутам и видам транспорта. Одной из главных характеристик маршрутной системы являются затраты времени пассажиров: суммарные или средние на одну сетевую поездку (от пункта отправления до пункта назначения).  На снижение этих затрат и направлена оптимизация мультимодальной маршрутной сети, которую можно представить моделью, состоящей из трех частей: топологической схемы, перечня маршрутов и матрицы пассажиропотоков.

2 Материалы и методы

Транспортно-пересадочные узлы (ТПУ) [7] являются основным звеном в мультимодальной транспортной системе города и выполняют важную функцию в транспортной системе, обеспечивая смену видов транспорта и координируя передвижение людей. Организация мультимодальных пассажирских перевозок позволит сформировать эффективную систему транспортного обслуживания населения, сочетать различные виды транспорта с целью использования преимуществ каждого вида и оптимизировать временные и финансовые затраты, а также выполнить ряд других первоочередных задач [8-11, 12-13].

В ранее разработанных методах исследования транспортного удаления от остановочных пунктов и мест тяготения, профессоров: Гудкова, Миротина, Вельможина [1, 3] не учитывали все возможности телематических систем, в связи с чем методы были доработаны для определения оптимального местоположения ТПУ.  Предлагаем ТПУ представлять в виде круговых секторов с меняющимся радиусом от 100 до 600 м. Центром узла является остановочный пункт главного транспорта (чаще всего это скоростной транспорт или транспорт с большими провозными возможностями). Используя графоаналитический метод можно определить количество остановочных пунктов, попадающих в зону комфортной шаговой доступности для пассажира – 600 м от крупного ТПУ, и составить его полную характеристику [14, 15]. На рис. 1 представлен пример формирования мультимодального ТПУ в Центральном районе г. Волгограда – «Железнодорожный вокзал «Волгоград–1» с обозначением пригородного вокзала, парковок и остановочных пунктов различных видов транспорта [15].

 – транспортные терминалы;   –  автомобильные парковки;
   – остановочные пункты различных видов транспорта.

Рисунок 1 – ТПУ «Железнодорожный вокзал «Волгоград–1»»

В табл. 1 представлены все виды взаимодействующего транспорта и перехватывающие парковки в ТПУ «Железнодорожный вокзал «Волгоград–1»».

Таблица 1 – Остановочные пункты ГПТ и перехватывающие парковки в ТПУ «Железнодорожный вокзал «Волгоград–1»»

Центром ТПУ является железнодорожный вокзал «Волгоград-1» – крупный транспортный узел пригородного и междугороднего сообщения. Узел оснащен большим количеством остановочных пунктов ГПТ, перехватывающими парковками, находится вблизи парковых зон и учебного заведения и является примером формирования других значимых ТПУ крупного города.

Количество и расположение ТПУ в городе связано с количеством населения, проживающего в районах, зависит от значимости административного района (промышленной, культурной, развлекательной и др.) и от транспортной подвижности населения, а также от выходных линий транспорта в агломерацию. На рис. 2 приведена схема распределения численности населения по административным районам г. Волгограда за 2024 г.

Рисунок 2 – Схема распределения численности населения по административным

районам г. Волгограда (данные 2024 г.)

В 2010 г. по итогам переписи населения г. Волгограду был присвоен статус города-миллионника [16]. По данным рис. 2 можно сделать вывод, г. Волгоград разделен на 8 административных районов с неравной численностью населения. По численности населения самым большим является Дзержинский район (187,8 тыс. чел.), а самым малым – Центральный район (84,1 тыс. чел.), но дневное пребывание населения в Центральном районе может превышать его численность в три, а то и в шесть раз (и более) в зависимости от будних (рабочих) дней и праздничных (день Города, праздник Победы, футбол и др.) По площади самым крупным является Красноармейский район (133 км²), а самым малым – Центральный район (11 км²). Размещение ТПУ в центральной части города требует особого внимания [17] – формирования компактных, функциональных и экологично вписывающихся в архитектуру умного города кибирфизических элементов единой умной транспортной системы пассажирских перевозок.

По административным районам г. Волгограда необходимо выделить основные ТПУ, в которых осуществляется взаимодействие различных видов ГПТ.

На рис. 3 представлено размещение предлагаемых ТПУ Центрального района г. Волгограда.

Рисунок 3 – Размещение предлагаемых ТПУ Центрального района

В табл. 2 представлены ТПУ Центрального района г. Волгограда и наличие в них взаимодействующих видов транспорта и перехватывающих парковок.

Таблица 2 – ТПУ Центрального района г. Волгограда

*Обозначение: М_т – маршрутное такси; А – автобус; Т₁ – троллейбус; Т₂ – трамвай; МТ – метротрам;

ЭП – электропоезд; ВТ – водный транспорт; П – перехватывающая парковка.

Проанализировав данные табл. 3 можно сделать вывод, что в каждом ТПУ присутствуют различные виды транспорта либо перехватывающая парковка (которая обеспечивает возможность использования личного транспорта), в результате можно считать, что ТПУ является мультимодальным.

3 Результаты исследований

По предложенному методу определения оптимального местоположения мультимодального ТПУ в г. Волгограде выделено 29 ТПУ, в которых происходит взаимодействие различных видов ГПТ. Построена модель мультимодальной транспортной сети ГПТ, представляющая собой плоский граф: вершины – предложенные мультимодальные ТПУ, а ребра – участки улично-дорожной сети автомобильного транспорта (рис. 4). Такая модель позволяет получить важные характеристики маршрутной системы. Алгоритм расчета оптимизации маршрутной системы заключается в поиске вариантов, обеспечивающих минимизацию суммарных затрат времени пассажиров на поездки на базе матрицы пассажиропотоков и транспортной сети, заданной топологической схемы связи ТПУ с использованием цифровой концепция интеллектуальной транспортной системы пассажирского транспорта мегаполиса и его агломерации К(1; 0) [18].

Определение кратчайших расстояний между пассажирообразующими и пассажиропоглощающими пунктами производится с помощью математической модели и разработанной программы для ЭВМ [19-22].

Отыскание кратчайшего расстояния относится к классу экстремальных задач. В терминах сетевой модели каждому маршруту (i, j) ∈ G сети соответствует несколько вариантов его выполнения. Математическая постановка задач имеет вид:

минимизировать                                    i,j∈Glijxij

при ограничениях (k,j)∈Gxkj-(i,k)∈Gxik=1,k=A пункт производства;0 для всех остальных;-1,k=Bпункт потребления.

x_ij ≥ 0 для всех (i, j) ∈ G,

где l_i,j – расстояние между i и j вершинами транспортной сети, км; x_i,j – объем перевозок пассажиров между i и j вершинами транспортной сети, пасс.

Результаты расчетов кратчайших расстояний между пассажирообразующими и пассажиропоглощающими пунктами модели мультимодальной сети ГПТ г. Волгограда представлены в табл. 3.

Разработана модель мультимодальной транспортной сети г. Волгограда, позволит формировать маршруты различных видов транспорта либо исследовать характеристики существующих, а также проводить моделирование с прогнозом изменения возможного состояния ГПТ в будущем.

Рисунок 4 – Разработанная модель мультимодальной транспортной сети г. Волгограда

Таблица 3 – Кратчайшие расстояния между пассажирообразующими и пассажиропоглощающими пунктами модели мультимодальной сети ГПТ г. Волгограда, км