АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ГОРОДА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 711.73

doi: 10.55287/22275398_2023_2_164

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ГОРОДА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ Р. И. Мухаметханов

ГУП «Татинвестгражданпроект», г. Казань

Аннотация

Улично-дорожные сети организуют и ограничивают транспортную динамику города в соответствии с определенной пространственной логикой — запланированной или незапланированной, упорядоченной или беспорядочной. Это предопределяет необходимость проведения анализа структуры улично-дорожной сети города и ее элементов на основании чего могут быть выработаны обоснованные меры по улучшению временных и пространственных характеристик городской жизнеспособности в будние и выходные дни. В данном контексте в статье рассмотрены различные подходы и методики, позволяющие оценить эффективность структуры улично-дорожной сети города и ее элементов. Отдельное внимание в процессе исследования уделено анализу надежности работы перекрестков и перегонов. Также описана методика расчета таких показателей как бесперебойность транспортной работы, устойчивость дорожных сетей и их пропускная способность.

Ключевые слова

город, движение, транспорт, дороги, население, улица

Дата поступления в редакцию

20.04.2023

Дата принятия к печати

25.04.2023

Отличительная черта современных городов — это высокая подвижность, которая достигается динамичностью транспортных перевозок. Ежедневные перемещения тысячи людей в городе создают на улично-дорожной сети (УДС) транспортные и пешеходные потоки большой интенсивности, что приводит к значительным затратам времени на перемещение, а также возникновению «транспортной усталости» от некомфортных условий поездки [1]. При этом загруженность участков УДС зависит как от территориальных масштабов отдельных районов города, так и от их функционального профиля и особенностей планировочной структуры.

Соответственно, в последнее время исследователи уделяют много внимания моделям, производительности, сложности и конфигурации УДС современных городов. Эти факторы связаны с противоречием между пространственной эффективностью города и его жизнеспособностью [2]. В качестве критического показателя для оценки устойчивого развития города, координация и взаимодействие между эффективностью и жизнеспособностью УДС в городском пространстве помогают повысить конкурентоспособность и привлекательность территории [3]. Выявление и анализ порядка городского пространственного развития, а также понимание особенностей функционирования внутреннего механизма отдельных структур УДС имеют решающее значение для активизации экономической и социальной жизнеспособности города.

Поскольку процесс изменения и усложнения градостроительного устройства является необратимым, необходимым представляется согласование работы транспортной системы с планировочными и функциональными особенностями города. Кроме того, критически важным является исследование реконструкции городского пространства на основе взаимосвязи между характеристиками структуры УДС конкретной формы и городской жизнеспособностью. Для достижения лучшего результата целесообразно на постоянной основе выявлять негативные факторы, влияющие на УДС путем расчета показателей рациональности УДС и уровня ее эффективности [4].

Итак, отмеченные выше обстоятельства подтверждают актуальность темы данной статьи, а также свидетельствуют о ее высокой теоретической и практической значимости.

Над методами и подходами, которые позволяют установить проблемные и потенциально сложные участки УДС, трудятся такие авторы как Виниченко В. А., Савельев Д. А., Ганзин С. В., Сильченков Д. Д., Ашуров Р. А., Ветрогон А. А.

Анализу ключевых условий надежности функционирования УДС различных городов, рассмотрению возможных путей повышения ее эксплуатационных возможностей посвящены труды Токарчука С. М., Клочко И. А., Чернышева А. Д., Павлова С. Н., Грефенштейна А. П.

Однако, несмотря на имеющиеся публикации и наработки ряд проблемных вопросов в исследуемой предметной области остается открытым. В частности, особого внимания заслуживают факторы влияния на эффективность функционирования УДС. Также в дополнительном изучении нуждается алгоритм оценки и учета фактического состояния структурных элементов УДС, который должен включать в себя систему классификации улиц и дорог города, что позволит объединить их в однородные подмножества, которым свойственно высокое структурное сходство.

Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении особенностей анализа структуры улично-дорожной сети города и ее элементов.

Итак, УДС предназначена для организации движения пешеходов и транспортных средств. Основными элементами УДС являются дороги общего пользования, пешеходные улицы, проезды между кварталами, велосипедные дорожки, а также уличные стоянки, площади, набережные со вспомогательными и инженерными сооружениями, технические элементы, которые участвуют в организации дорожного движения [5].

Конфигурация улично-дорожной сети определяет планировочную структуру города. Она зависит от исторических особенностей города, рельефа местности, наличия водных потоков и т. п. Поэтому на первом этапе анализа структуры УДС и ее элементов необходимым является определение ее конкретного типа. Специалистами Калифорнийского университета на основании исследования УДС в 100 городах по всему миру с использованием данных Open Street Map и OSMnx была составлена следующая типология УДС (см. рис. 1).

Рис. 1. Схемы улично-дорожной сети на примере разных городов мира [6]

Z м

О

-I

м

D CD

(U (U

ГО О

а о i_

S

н

(U и

>s

0

1

*

о а

0 ^

1

0

1

т

са s

° £ I >

< 2 X а

н £ Р

< а

* S

S го . i CL <

Поскольку каждая улица имеет два направления, каждый график, приведенный на рис. 1 имеет идеальную симметрию 180 Из выборки в 100 городов обозначено, что 49% имеют общую ориентацию север-юг-восток-запад, еще 14% имеют схожую ориентацию. Такие города, как Чикаго, Лос-Анджелес и Пекин, демонстрируют удивительное постоянство в кардинальной ориентации своих улиц. Даже города без ярко выраженной сетки часто демонстрируют общую тенденцию к ориентации на север-юг-восток-запад.

Некоторые города на рис. 1 имеют высокий уровень энтропии (беспорядка), например, Сеул, Лондон и Сан-Паулу. Это является результатом долгой истории последовательного развития городов, сложного ландшафта с холмами и реками, а также процесса роста, в результате которого к городу были присоединены отдельные агломерации с собственной сеткой улиц.

После определения типа УДС на следующем этапе необходимо выбрать соответствующий математический аппарат. По мнению автора, одним из наиболее эффективных приемов является таксономический анализ, поскольку он имеет ряд преимуществ и является действенным инструментом, который позволяет включить в итоговый критерий любое количество показателей, причем с их увеличением возрастает точность и полнота оценки эффективности и качества работы УДС [7].

Первоначальным этапом расчета итогового критерия является составление матрицы наблюдений на основе эмпирических данных, собранных в процессе мониторинга УДС.

В качестве элементов матрицы можно выбрать разнообразные показатели надежности и доступности работы УДС, например, время в пути, пропускная способность, стоимости проезда, динамика спада транспортного потока, степень удовлетворения спроса на транспортные услуги, индекс загруженности дорог в городских районах, ежедневный пробег транспортных средств в городских районах на километр полосы движения как для автострад, так и для основных магистралей, временной ущерб, вызванный ежедневными заторами на дорогах, производительность трафика и т. д. [8].

где П — количество используемых индикаторов и критериев; t—число элементов, для которых рассчитывались временные показатели; xik—значение временного показателя к для элемента I.

Учитывая, что используемые индикаторы и критерии могут иметь разную размерность, их необходимо стандартизировать. Это преобразование проводится в соответствии с формулой [9]:

при этом:

I-

Л к

1=1

где

к = 1, 2, ..., п;

Хц- — значение временного показателя соответствующей группы для элемента г (перегона или перекрестка);

Хц. — унифицированное значение временного показателя для элемента Ц

— среднеарифметическая величина временного показателя; Б-—стандартизированное отклонение временного показателя.

Для анализа качества работы отдельных элементов УДС можно рассчитать следующие показатели: транспортная работа, устойчивость, пропускная способность дорог.

В тоже время, чтоб количественно оценить работу УДС (ТУ) можно использовать следующую формулу:

71 т

IV

= 11

у-1¿-1

№■£■ I- ■

Для проведения вычислений необходимо собрать следующие исходные данные: П — число кор-респонденций; т — число маршрутов движения, необходимых для корреспонденции _/; Ы^ — число транспортных средств, следующих по маршруту г при использовании корреспонденции } (ед./ч.);

—затраченное время на реализацию корреспонденции] по маршруту г (ч); I^—длина маршрута г корреспонденции j (км).

Немаловажным в процессе анализа УДС является оценка степени ее устойчивости. Для этого необходимо УДС поделить на части. В качестве границы каждой части выступают компоненты, которые могут спровоцировать корректировку маршрута из-за дорожных условий. В соответствие с этим для каждого ¿-го элемента необходимо рассчитать коэффициент потери трафика [10]:

где Ш(пеЫ) — суммарная работа транспортных элементов УДС, воспринимающих нагрузку иного элемента при его тотальном отказе;

ЩЩ — функционирование отдельного транспортного элемента УДС; Щ — функционирование общих транспортных артерий УДС.

На основании полученных данных рассчитывается индикатор устойчивой работы УДС:

п

и

пеЬ

¿=1

Таким образом, анализ структуры УДС города и ее элементов позволяет выявить проблемные моменты и сложные места, что является основанием для разработки ряда мер, способных обеспечить оптимальные условия ее работы, в результате чего минимизируются или полностью исключаются затраты ресурсов и улучшаются условия движения транспортных средств и пешеходов.

Библиографический список

1. Азаренкова З. В. Транспортная система в основе планировки города // Градостроительство. 2021. № 3 - 4 (73 - 74). С. 59 - 61.

03

г

м О

-I

м

Э СО

<и <и

га

о а о

Н

<и и

>5

0

1

*

О

а

0 ^

1

0

1

т

СО 5

° £ I >

< 2 X а

н £ Р

< а

* ¡5

. I <

2. Семенов Ю. Н., Семенова О. С. Оценка условий движения транзитного транспорта по улич-но-дорожной сети города // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. 2022. № 3. С. 30 - 33.

3. Фомин Е. В. Обзор методов оценки качества обслуживания элементами улично-дорожной сети города // Наукосфера. 2022. № 1 - 2. С. 145 - 148.

4. Фомин Е. В. Качество обслуживания транспортного потока элементами улично-дорожной сети города // Грузовик. 2022. № 4. С. 42 - 46.

5. Коновалова Т. В. Оценка эффективности организации дорожного движения по улично-дорожной сети города // Наука. Техника. Технологии. 2021. № 1. С. 196 - 199.

6. Boeing, G. Urban spatial order: street network orientation, configuration, and entropy // Appl Netw Sci. 2019. № 4.

7. Магдин К. А. Повышение безопасности участка улично-дорожной сети города за счет регулирования транспортных и пешеходных потоков // Мир транспорта и технологических машин. 2022. № 3 - 4 (78). С. 71 - 79.

8. Виниченко В. А., Савельев Д. А. Формирование улично-дорожных сетей: мировой и российский опыт // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2021. № 60. С. 37 - 45.

9. Теплова И. Д. Data-Driven решения для организации комфортной и безопасной среды городских улиц // Экология урбанизированных территорий. 2022. № 1. С. 109 - 115.

10. Ле Д. Л. Автомобилизация крупных агломераций и развитие транспортной инфраструктуры // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета. 2020. № 1 (60). С. 3 - 10.

11. Шаймарданова К. А., Прокофьев Е. И. Методология выявления, формирования и развития периферийных зон города // Известия КГАСУ. 2020. №2 (52) С.128 - 134.

ANALYSIS OF THE STRUCTURE OF THE CITY'S ROAD NETWORK AND ITS ELEMENTS R. I. Mukhametkhanov

SUE "Tatinvestgrazhdanproekt", Kazan

Abstract

Road networks organize and constrain the transport dynamics of the city in accordance with a certain spatial logic—planned or unplanned, orderly or disorderly. This predetermines the need to analyze the structure of the city's road network and its elements, on the basis of which reasonable measures can be developed to improve the temporal and spatial characteristics of urban vitality on weekdays and weekends. In this context, the article discusses various approaches and techniques that allow assessing the effectiveness of the structure of the city's

The Keywords

tity, traffic, transport, roads, population, street

Date of receipt in edition

20.04.2023

Date of acceptance for printing

25.04.2023

street and road network and its elements. Specifically, the article describes the features of assessing the reliability and safety of the work of road intersections. Also described is a methodology for calculating such indicators as the continuity of transport work, the stability of road networks and their throughput.

Ссылка для цитирования:

Р. И. Мухаметханов. Анализ структуры улично-дорожной сети города и ее элементов. — Системные технологии. — 2023. — № 2 (47). — С. 164 - 169.

и

Z м

О

-I

м

D CD

(U (U

ГО О

а о i_

S

н

(U и

>s

0

1

£ о а

0 ^

1

0

1

т

са s

° £ I >

< 2 X а

н £ Р

< а

* S

s го

. I

CL <