do pobrania - Zakład Systemów Komunikacyjnych

WERSJA ROBOCZA 7 marca 2016
Efektywność inwestycji i systemów transportowych
Skrypt do zajęć projektowych.
Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej,
Gospodarka Przestrzenna
Dr Inż. Rafał Kucharski,
mgr inż. Arkadiusz Drabicki
[email protected],
[email protected]
Zakład Systemów Komunikacyjnych, Politechnika Krakowska





Ćwiczenie 1.




Skrypt zawiera wstęp teoretyczny i ćwiczenia wykonywane w ramach projektu.
Do ćwiczeń wymagany jest Modelu Ruchu wykonany na przedmiocie PIT.
Do zaliczenia potrzebne jest wykonanie ćwiczeń za co najmniej 12 pktów.
Każda nieobecność kosztuje 1 pkt – maksymalnie 2 nieobecności.
Każda grupa projektowa minimum raz prezentuje na zajęciach swoje zadanie (jedno
zadanie może być prezentowane tylko raz w semestrze).
Szacunkowa prognoza atrakcyjności inwestycji (3 pkt).
Dla wybranej inwestycji infrastrukturalnej określ jej szacunkową atrakcyjność: kto i dlaczego
skorzysta z tej inwestycji? Dokonaj szacunku na podstawie:
o modelu generacji (rozmieszczenie zmiennych objaśniających oraz produkcji i atrakcji),
o rozkładu przestrzennego (analiza więźby ruchu),
o podziału zadań przewozowych (ile podróży przypada na poszczególne środki
transportu),
o modelu wyboru ścieżki w procedurze rozkładu ruchu (jakie ścieżki wybierają kierowcy
- ćw. pomocnicze 2.)
Oszacuj liczbę podróży, dla których proponowana inwestycja będzie atrakcyjna.
Określ górną granicę popytu dla danej inwestycji.
* Porównaj ze sobą kilka inwestycji i wybierz tą, która będzie używana przez największą liczbę
użytkowników. Proponowane inwestycje:
o obwodnica,
o most,
o ulica miejska,
o łącznik w układzie,
o droga rowerowa,
o linia komunikacji zbiorowej
o parking P+J.
Ćwiczenie 2.
Inwestycja w układzie drogowym (1 pkt).
Zmodyfikuj sieć drogową kodując zaproponowaną inwestycję drogową. Po zakodowaniu i wykonaniu
rozkładu ruchu określ liczbę podróży na poszczególnych odcinkach inwestycji, odczytaj i skomentuj
wiązki ścieżek (kto z niej korzysta – ćw. pomocnicze 2.), określ prace przewozowe (ćw. pomocnicze
1.) i porównaj je z pracą przewozową w sieci bazowej. Jak inwestycja wpływa na średnią prędkość w
sieci?
Ćwiczenie 3. Kompensacja - uspokojenie ruchu po wprowadzeniu inwestycji w układzie
drogowym (2 pkt).
Dla inwestycji zaproponowanej w ćwiczeniu 2. przygotuj plan uspokojenia ruchu (zamknięcia ulic,
zmniejszenia klas i prędkości) tak, by średnia prędkość i prace przewozowe (ćw. pomocnicze 1.)
pozostały na poziomie sprzed realizacji inwestycji.
Ćwiczenie 4.
Zamknięcie centrum dla ruchu (2 pkt).
Zamknij obszar centralny twojego miasta dla ruchu (wszystkie odcinki). Zakoduj nowe połączenia
rejonu w miejscach w których mogłoby się odbywać parkowanie po zamknięciu centrum. Określ zmianę
kosztów w sieci.
Ćwiczenie 5.
Wpływ wzrostu udziału podróży rowerowych na pracę przewozową (2 pkt).
Jak zmieni się średnia prędkość jeśli udział podróży rowerowych wzrośnie do x%. Przy jakim udziale
podróży rowerowych zatłoczenie na sieci drogowej znika (prędkość średnia jest zbliżona do swobodnej,
ew. nie ma odcinków o przekroczonej przepustowości) ?
Ćwiczenie 6.
Sieć dróg rowerowych (3 pkt).
Przy założeniu stałego udziału podróży rowerowych na oczekiwanym poziomie (Londyn, Kopenhaga,
Pekin) zaproponuj układ dróg rowerowych dopasowany do potrzeb mieszkańców.
Ćwiczenie 7.
Bilans miejsc parkingowych (2 pkt).
Dla
wybranego
rejonu
komunikacyjnego
sprawdź
liczbę
podróży
samochodem
rozpoczynanych/kończonych i oceń faktyczną liczbę miejsc parkingowych w tym rejonie. Skomentuj
bilans miejsc parkingowy – nadwyżka/niedobór.
Ćwiczenie 8.
Przeniesienie wszystkich usług do centrum handlowego na przedmieściach (1 pkt).
Załóż, że wszystkie miejsca pracy w usługach (X4) znajdują się w wybranym centrum handlowym na
przedmieściach. Jak zmieni się praca przewozowa?
Ćwiczenie 9.
Nowy układ drogowy (3 pkt).
Zaprojektuj od nowa system transportowy miasta. Załóż, że popyt (więźba ruchu) się nie zmieni.
Uwzględnij uwarunkowania terenowe, ale dość swobodnie.
Ćwiczenie 10. Zweryfikuj wydajność sieci drogowej założonej w MPZP (4 pkt).
Dla wybranego fragmentu miasta z uchwalonym MPZP sprawdź, czy planowane zagospodarowanie
terenu będzie sprawnie obsługiwane przez planowaną sieć drogową. Spróbuj ulepszyć planowany w
MPZP układ uliczny obszaru, lepiej dopasowany do potrzeb mieszkańców. Wymaga stworzenia nowych
rejonów, zakodowania sieci drogowej, obliczenia pracy przewozowej.
Ćwiczenie 11. Wymieranie małych i średnich miast (2 pkt).
Załóż, że w wyniku spadku znaczenia miasta większość miejsc pracy przeniesie się do pobliskiego
miasta Y. Dokonaj zmiany w więźbie ruchu przy założeniu, że założona część miejsc pracy (X3)
przeniesie się do wlotu zewnętrznego prowadzącego do miasta Y. Zmień długość ostatniego odcinka na
taką jak odległość do miasta Y. Oszacuj zmiany w kosztach transportu.
Ćwiczenie 12. Zróżnicowane zagospodarowanie (2 pkt).
Zaprognozuj wpływ zmiany zagospodarowania ze struktury monofunkcyjnej na wielofunkcyjną. Załóż
stopień wielofunkcyjności obszaru na poziomie 0.3 ÷ 0.6 (stosunek miejsc pracy do liczby
mieszkańców). Oceń wpływ takiej zmiany na prace przewozowe.
Ćwiczenie 13. Prognoza długoterminowa (2 pkt).
Wykonaj prognozę ruchu na rok 20xx przy odpowiednich założeniach:
 zmiana liczby ludności
 zmiana w rozmieszczeniu ludności
 zmiana w strukturze zatrudnienia
 zmiana w podziale zadań przewozowych
 zmiana w ruchliwościach w poszczególnych motywacjach
 zmiana udziału ludności w wieku produkcyjnym
 zmiana ruchu zewnętrznego (tranzytowego, źródłowego, docelowego).
Ćwiczenie 14. Tymczasowe utrudnienia (2 pkt).
Wybierz istotny odcinek sieci transportowej i przeprowadź analizę w sytuacji gdy odcinek będzie
zamknięty (remont). Zaproponuj tymczasowe zmiany w organizacji ruchu, by zminimalizować
utrudnienia związane z zamknięciem odcinka.
Ćwiczenie 15. Zmiany organizacji ruchu (2 pkt).
Dokonaj analizy zmian w organizacji ruchu (ulice jednokierunkowe, zakazy skrętu, zamknięcia ulic) i
oszacuj ich wpływ na prace przewozową.
Ćwiczenie 16. Identyfikacja wrażliwych elementów sieci (2 pkt).
Dla zadanego modelu ruchu q=M(G,Q) zidentyfikuj odcinki sieci transportowej potencjalnie wrażliwe
W  {w}  A , czyli takich których niesprawność spowoduje znaczne zwiększenie kosztów
przemieszczeń C. Odcinki w mogą być identyfikowane na podstawie następujących kryteriów
(Tampere, 2007):
1. kryterium największego potoku:
w1  max qa ;
aA
2. kryterium największego zatłoczenia:
w2  max  qa / qamax  , gdzie qamax to przepustowość odcinka a;
aA
3. kryterium największej liczby ścieżek:
w3  max k (a) , gdzie |k(a)| to liczba ścieżek o dodatnim potoku qk przebiegająca przez
aA
dany odcinek;
4. kryterium minimalnego cięcia grafu. Odcinek należący do minimalnego cięcia grafu a cij
(Błąd! Nie można odnaleźć źródła odwołania.) o największym potoku:
w4  max qa
acij
5. kryterium minimalnego cięcia grafu. Odcinek należący do minimalnego cięcia grafu a cij
(Ćwiczenie 2) o największym zatłoczeniu:
w5  max  qa / qamax 
acij
6. kryterium największego wydłużenia czasu:

w6  max qa / 1  qa / qamax 
aA

7. kryterium najszybszego zapełnienia się odcinka. Odcinek z którego najszybciej rozleje się
kolejka pojazdów gdy będzie zablokowany:
w6  min   la / qa  J max  pa  qa / va  
aA
, gdzie la to długość odcinka, p liczba pasów a Jmax to średnia gęstość pojazdów stojących
w korku (zob. Błąd! Nie można odnaleźć źródła odwołania.).
8. kryterium wydłużenia czasu z uwzględnieniem prawdopodobieństwem wydarzenia. Jest to
modyfikacja kryterium największego wydłużenia czasu (6) uwzględniająca
prawdopodobieństwo zdarzenia  a (w najprostszym przypadku można założyć, że
 a  qa  la , czyli p-wo zdarzenia jest funkcją pojazdo-kilometrów):

 
w7  max qa / 1  qa / qamax    a
aA
9. kryterium propagacji zatłoczenia. Odcinek którego poprzedniki są wrażliwe z punktu
widzenia któregoś z powyższych kryteriów, najczęściej chodzi o kryterium najszybszego
zapełnienia się odcinka (7). Kryterium to pozwala uchwycić te odcinki na których łączą się
potoki z kilku odcinków wrażliwych, np. łącznica na autostradzie:


w7  max   qb / 1  qb / qbmax  
acij
 ba

, gdzie a- to zbiór poprzedników odcinka a, wszystkie odcinki połączone bezpośrednio z
odcinkiem a (za pomocą węzła).
Zidentyfikuj odcinki na podstawie wybranych 4 kryteriów, w tym co najmniej 2 ‘trudne’ (numery 6 i
więcej).
Ćwiczenie 17. Analiza wrażliwości kosztów podróży C na zamknięcie odcinków wrażliwych w (2
pkt.).
Wymagane wykonanie Ćwiczenie 16 z identyfikacją odcinków wrażliwych
Dla każdego ze zidentyfikowanych odcinków wrażliwych W={w} znalezionych w Ćwiczenie 16 określ
całkowite koszty podróży Cw po usunięciu tego odcinka z sieci i to jak wzrastają one w stosunku do
kosztów bazowych C.
Aby to obliczyć rozszerzymy wyrazimy koszt C jako funkcje modelu C(q=M(G,Q)), a więc sieci G i
więźby Q. Więźba będzie stała, natomiast sieć będzie się zmieniać – kolejno wyłączać będziemy z niej
odcinki wrażliwe. Dla każdego z odcinków wrażliwych w  W określmy modyfikacje sieci G(N,A) 
Gw  G( N , A \ {w}) , czyli usunięcie odcinka wrażliwego w. Z siecią tą związany jest nowy model
q=M(Gw,Q), oraz nowe koszty Cw(q=M(Gw,Q)), które należy obliczyć (obliczając na nowo rozkład
ruchu).
Dla każdego ze zidentyfikowanych odcinków wrażliwych w  W określ:
a) koszty Cw wyrażone w pojazdo-godzinach i pojazdo-kilometrach związane z zamknięciem tego
odcinka
b) wrażliwość sieci na zamknięcie odcinka w: C w  C
w
C
Określ odcinek najbardziej wrażliwy wmax  max C .
w
wW
Ćwiczenie 18. Zmniejszenie wrażliwości sieci (3 pkt).
Dla najbardziej wrażliwego odcinka sieci wmax znalezionego w poprzednim ćwiczeniu zmodyfikuj sieć
transportową G  G ' dodając węzły, lub odcinki tak, żeby zminimalizować wrażliwość sieci C w .
w
Należy określić wrażliwość sieci G ' na zamknięcie odcinka w ( C (G ') ) oraz porównać z
wrażliwością sieci bazowej G na zamknięcie tego odcinka C (G ) . Należy zaproponować 3
rozwiązania (3 modyfikacje sieci G) i wybrać to, dla którego wrażliwość jest najmniejsza.
w
Ćwiczenie 19. Zmienne objaśniające dla miast na podstawie GUS (2 pkt).
Dla miasta dla którego wykonywany jest projekt znajdź wielkości danych podanych przez GUS, które
mogą być wykorzystane w budowie modelu popytu (ludność, miejsca pracy, miejsca w szkołach, … ).
Określ za jakie dane są zbierane, na jakim poziomie agregacji (NUTS). Potencjalne źródła: Bank
Danych Lokalnych, stat.gov.pl.
Ćwiczenie 20. Dane i warstwy SIP (2 pkt).
Dla wybranego miasta w Polsce posiadającego system informacji przestrzennej (SIP) dokonają
przeglądu publikowanych danych zawartych i oceń której i jak mogą być wykorzystane do budowy
modelu ruchu: model sieci i model popytu.
Ćwiczenie 21. Import modelu sieciowego z OSM do Visum (3 pkt).
Dla analizowanego obszaru modelu pobierz odpowiednie bazy danych z Open Street Map i zaimportuj
je w formie sieci do programu Visum (OpenStreetMap importer w Visum – pomoc i dokumentacja w
programie Visum, rozdział 25.10 w wersji 15)
Ćwiczenie 22. Użycie baz BDOO w budowie modelu ruchu (2 pkt).
Pobierz bazę danych BDOO z CODGiK dla obszaru analizowanego miasta. Otwórz w programie
GISowym (np. qGIS) i zapisz warstwy istotne dla budowy modelu do pliku shapefile. Zaimportuj
warstwy do Visum i oceń ich przydatność i kompletność do budowy modelu ruchu.
Ćwiczenia pomocnicze
Poniższe ćwiczenia pokazują jak wykonać podstawowe operacje w modelu potrzebne do wykonania
zagadnień projektowych.
Ćwiczenie 1. Wyznaczanie całkowitych kosztów podróży w sieci transportowej: czasu (pojazdogodzin) i przemieszczenia (pojazdo-kilometrów), oraz średniej prędkości.
Dla modelu ruchu q=M(G,Q) oblicz całkowite koszty przemieszczeń C wyrażone w:
 pojazdo-godzinach, wyrażają całkowity czas przemieszczeń;
 pojazdo-kilometrach, wyrażają całkowite przemieszczenie (pokonany dystans).
Koszty te mogą być obliczone na dwa równoważne sposoby:
 jako suma kosztów wszystkich ścieżek k  K
C   qk  c ( k )
kK

, gdzie c(k) to koszt danej ścieżki, np. jej czas ta, lub długość la, a qk to potok pojazdów na tej
ścieżce.
jako suma kosztów wszystkich odcinków w sieci a  A
C   qa  ca
a A
, gdzie ca to koszt przejazdu danego odcinka, np. czas ta, lub długość la, a qa to potok pojazdów
na tym odcinku.
Na podstawie kosztów wyrażonych w formie całkowitego czasu Cx i całkowitego dystansu Ch
pokonanego w sieci określ średnią prędkość przemieszczeń, wyrażoną jako V 
Ćwiczenie 2.
Cx
Ch
.
Wiązka ścieżek (flow bundle)
Opcja FlowBundle pozwala dla wybranego elementu sieci (węzeł, odcinek, rejon) określić wiązkę
ścieżek (pasażerów) korzystających z tego elementu. Wyróżniony jest zbiór ścieżek, które zawierają
dany element. Opcja ta pozwala określić jaki popyt (które elementy więźby) korzysta z danego elementu
sieci. Działa również dla sekwencji obiektów (kto korzysta najpierw z mostu X a potem z odcinka Y?)
Wstęp teoretyczny i dane wejściowe


Skrypt zawiera wstęp teoretyczny i ćwiczenia do wykonania w ramach projektu.
Do ćwiczeń wymagany jest Modelu Ruchu wykonany na przedmiocie PIT.
Def. 1.
Sieć transportowa
Siecią transportową nazywamy zbiór węzłów n  N, oraz odcinków a  A, tworzących graf skierowany
G(N,A). W odniesieniu do sieci drogowej węzły reprezentują skrzyżowania (Nodes), a odcinki to odcinki
uliczne łączące węzły (Links).
Def. 2.
Model ruchu
Model ruchu M składa się z:
 sieci transportowej G(N,A),
 więźby ruchu Qij
 wyników rozkładu ruchu wyrażonych w postaci:
a. potoków pojazdów na ścieżkach qk, i/lub
b. potoków pojazdów na każdym z odcinków qa
Oznaczać go będziemy jako q=M(G,Q) i rozumieć jako obliczenie działające na sieci G i więźbie ruchu
Q, dostarczające informacje o obciążeniu sieci ruchem q.
Model ruchu M to plik *.ver przygotowany na zajęciach z PIT, graf G to układ drogowy, a więźba Q to
obliczona na podstawie modelu popytu więźba ruchu używana w programie. Wyniki modelowania,
czyli potoki q otrzymujemy na podstawie procedury rozkładu ruchu PrT Assignment. Każda zmiana w
grafie, lub w więźbie wymaga obliczenia ścieżek na nowo procedurą rozkładu ruchu (Calculate).
Dane wejściowe do obliczeń otrzymujemy z modelu na podstawie atrybutów elementów sieci dla
odcinków links, lub ścieżek PrTPaths:
 potoki pojazdów na odcinkach otrzymujemy z parametru VolVehPrT(AP) (w ciągu
godziny szczytu popołudniowego)
 długość odcinka to parametr Length,
 prędkość w ruchu swobodnym to v0, po obciążeniu potokiem qa to vcur
 prędkość w ruchu swobodnym to t0, po obciążeniu potokiem qa to tcur