Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоинформационное картографирование обеспеченности населения общественным транспортом на примере Москвы

ВАК РФ 25.00.33, Картография

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационное картографирование обеспеченности населения общественным транспортом на примере Москвы"

СОМОВ Эдуард Владимирович

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННЫМ ТРАНСПОРТОМ НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВЫ

Специальность 25.00.33 - картография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 8 ПАР 2015

Москва-2015

005560868

005560868

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории комплексного картографирования географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель Тикунов Владимир Сергеевич

доктор географических наук, профессор, заведуюицш лабораторией Комплексного картографирования Географического

факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты Глушкова Вера Георгиевна

доктор географических наук, профессор Финансового университета при

Правительстве Российской Федерации

Ельчанинов Анатолий Иванович

кандидат географических наук, старший научный сотрудник, заведующий Отделом росашского национального атласа культурного и природного наследия, НИИ культурного и природного наследия имени Д.С. Лихачева

Ведущая организация Национальный исследовательский

университет «Высшая школа экономики»

Защита состоится2.Ъа.пре^л ЗР\\ IS'.OO часов на заседании Диссертационного совета Д-501.001.61 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 21 этаж, аудитория 21-09 (тел. +7 (495)939-26-32, факс +7 (495)939-28-36, e-mail: science@geogr.msu.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научной библиотеки Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ломоносовский проспект, д.27. А8.

Автореферат разослан OS марта 2-Ci'> Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Лешшские горы, МГУ имени М.ВЛомоносова, географический факультет, учёному секретарю Диссертационного совета Д-501.001.61, факс +7 (495) 932-88-36.

Ученый секретарь -,/

диссертационного совета, -' ' Шныпарков АЛ.

кандидат географических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

В настоящее время, на волне роста интереса к урбанистке и исследованиям городов, становится все более актуальным моделирование транспортной обеспеченности при крупномасштабных исследованиях городских территорий, в том числе и методами картографического моделирования (Перекрест В В. и др., 2006; Попов A.A.. 2008; Уткин A.A., 2008; Имангалпн А.Ф., 2013: Сомов Э.В., 2013 и др.). Транспортная обеспеченность, как характеристика положения в транспортной системе, является одним из ключевых факторов при оценке качества городской среды. Она влияет и на другие компоненты городской среды, так как определяет ежедневные временные затраты на реализацию потребностей человека, а зачастую и лимитирует их (Попов A.A., 2008).

Транспортная обеспеченность взаимосвязана со многими социальными и экономическими процессами, происходящими на территории города. Развитие транспортной инфраструктуры дает импульс для экономического роста территорш!. а увеличение доступности рабочих мест, объектов здравоохранения, образования, проведения досуга положительно сказывается на качестве жизни населения (Дубовик В.О.. 2013).

Наряду с непосредственным изучением транспортной обеспеченности, информация о ней является важным материалом при проведении прикладных исследований социально-экономической направленности; оптимизации размещения объектов социальной инфраструктуры, организации геомаркетинговых и других бизнес-исследований. Транспортная обеспеченность является одним из основных факторов для динамичного развития большинства сегментов рынка недвижимости (Попов A.A., 2008), играет важную роль в теориях оптимизашт размещения объектов социально-коммерческой инфраструктуры продаж товаров и услуг (Имангалин А., 2013, Перекрест В.. 2006).

Улучшение транспортной ситуации является одной из целей государственной и региональной политики во многих городах мира, в том числе и в Москве. Сейчас, в рамках программы по развитию Московского транспортного узла, при решении транспортных проблем города увеличивается роль общественного транспорта, которому в годы активной автомобилизации уделялось недостаточное внимание.

Во всех этих вопросах большое значение имеет оценка обеспеченности населения услугами общественного транспорта. Наметившийся рост популярности подобных исследований с помощью геоинформашюнных и картографических методов обусловливается следующими факторами: развитием и увеличением доступности геоинформационных систем и технологий моделирования; наличием детальных данных дистанционного зондирования в открытом доступе: использованием глобальных

3

навигационных систем при проведении исследований; появлением новых, все более детальных и общедоступных источников пространственных данных. Многие исследователи, получив все эти инструменты, смогли решать подобные задачи, разрабатывая собственные подходы к моделированию, картографированию и анализу полученных результатов, отличающиеся разнообразием используемых подходов и методов.

В сложившихся условиях, считаем, что ключевым моментом является разработка научно обоснованной методики оценки обеспеченности населения услугами общественного транспорта с учетом специфики крупномасштабных исследований городов: особенностей административно-территориального деления, характера размещения населения, принципов организации и функционирования транспортной системы. Полагаем, что формирование и внедрение методики обеспечит не только комплексность решения текущих задач, но и позволит инициировать и развивать новые направления исследований транспортной обеспеченности.

Объект исследования — обеспеченность населения общественным транспортом. Предмет исследования — методика геоинформационного моделирования обеспеченности населения общественным транспортом и способы ее применения для анализа транспортной ситуации.

Цель исследования - разработка методики моделирования и оценки обеспеченности населения общественным транспортом на основе геоинформационных технологий при крупномасштабных географических исследованиях городских территорий и ее апробация при анализе транспортного положения различных объектов и территорий.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

• разработать научно обоснованную систему факторов и показателей транспортной обеспеченности с учетом способов их расчета и моделирования;

• сформулировать требования и, в соответствии с ними, сформировать базу пространственных данных, представляющую собой сетевую модель системы общественного транспорта Москвы;

• выполнить моделирование и расчет показателей, характеризующих уровень обеспеченности населения города Москвы общественным транспортом, и провести анализ и интерпретацию полученных моделей с точки зрения их методической эффективности и содержательного толкования;

• провести модельные исследования применения разработанной методики в смежных прикладных направлениях.

Теоретико-методологической основой исследования послужили работы

отечественных и зарубежных ученых в области геоинформатики (Берлянт A.M., Капралов

4

Е.Г., Кошкарев A.B., Лурье И.К., Сербенюк HC., Тпкунов B.C., Чумаченко А.Н., DeMers D., Goodchild М., Longley P., Maguire D., Ormeling F., Tomlinson R). социально-экономической картографии (Баранский H.H.. Белозеров B.C.. Дружинин А.Г., Евтеев O.A., Ельчанинов А.И., Коровицын В.П., Панин А.Н., Прохорова Е.А.), математико-картографического моделирования (Сербенюк Н.С., Тикунов B.C.), а также российских и зарубежных ученых в области географии транспорта, анализа и построения транспортных систем (Бугроменко В Н., Василевский Л И., Гольц Г.А., Никольский И.В., Тархов С.А., Шлихтер С Б. Black W.R., Potrykowski М., White Н.Р.).

В диссертационной работе применены следующие методы: картографический, геоинформацнонный. математико-картографического моделирования.

Информационной базой исследования послужили наборы открытых пространственных данных, создаваемых в рамках проекта «OpenStreetMap» п др. В качестве источпиков статистической информации использовались данные, предоставляемые Федеральной службой государственной статистики РФ (переписи населения и данные текущего учета населения): прочими ведомствами Российской Федерации и города Москвы (Министерством транспорта. Комплексом градостроительной политики и строительства. Департаментом транспорта н развития дорожно-транспортной 1гафраструктуры, AHO «Дирекция Московского транспортного узла». ГУП Мосгортранс, ГУП Московский метрополитен). Также информация была предоставлена исследовательской компанией SmartLocation. Компания предоставляет услуги в области геомаркетинга - оценки территорий на предмет перспективного размещения объектов торговой инфраструктуры. Кроме того использовались материалы научных конференций и семинаров, картографических веб-сервисов и результаты измерений, проводимых автором. Основные защищаемые положения:

1. Разработана и сформирована база пространственных данных, которая представляет собой сетевую модель системы общественного транспорта города Москвы и позволяет рассчитывать большинство показателей транспортной обеспеченности на основе сетевого анализа в ГИС с учетом мультнмодальных перемещений.

2. Предложена научно обоснованная система факторов и показателей, а также алгоритмов их расчета и моделирования, которые необходимо учитывать при оценке обеспеченности населения общественным транспортом в рамках крупномасштабных исследований городских территорий.

3. Предложены алгоритмы использования показателей транспортной досту пности для оценки размещеши объектов социальной, коммерческой и транспортной инфраструктуры различных типов локализации (точечных, линейных и

5

полигональных) с учетом размещения населения и системы общественного транспорта.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определена научно обоснованная система показателей и алгоритмов их расчёта, определяющая уровень обеспеченности населения города услугами общественного транспорта.

2. Систематизированы существующие методы и предложены новые подходы к моделированию обеспеченности населения общественным транспортом на крупномасштабном уровне.

3. Изложены принципы создания сетевых моделей транспортных систем для анализа в ГИС в рамках крупномасштабных географических исследований, сформирована оригинальная сетевая модель системы общественного транспорта города Москвы.

4. В рамках апробащш методики построены модели различных факторов транспортной обеспеченности селитебной территории города Москвы, создана соответствующая серия карт.

5. Предложены варианты использования показателей транспортной доступности и алгоритмов нх расчета для оценки качества городской среды, а также для оптимизации размещения объектов социально-коммерческой и транспортной инфраструктуры.

Практическая значимость исследования. Предложенная методика моделирования и оценки обеспеченности населения общественным транспортом, в том числе используемые в ней подходы, могут быть применены в рамках исследований по оценке качества городской среды, исследований по оптимизации и оценке размещения объектов социальной и коммерческой инфраструктуры, а также при планировании направлений развития транспортной инфраструктуры. Методика может быть применена как в научно-исследовательских организациях, так и в коммерческом секторе.

Внедрение. Отдельные результаты исследования реализованы в рамках гранта РФФИ «Пространственно-статистическое моделирование социально-демографических процессов в контексте территориального расширения Москвы». Разработанные подходы и методы используются в рамках коммерческой деятельности исследовательской компании SmartLocation (http://smartloc.ru/) при оценке размещения и местоположения объектов крупных торговых сетей (Х5 Retail Group, О'КЕЙ, Лента и др.). Предлагаемые в диссертационном исследовании методы и подходы использовались автором при проведении занятий по курсу «Математико-картографическое моделирование» на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова.

Апробация. Результаты исследования докладывались на российских и международных научных мероприятиях, в том числе на Международной конференции «ИнтерКарто/ИитерГИС-XV, XVI, XVII» - устойчивое развитие территорий: ГИС теория и практика (Ростов-на-Доиу, 2010; Барнаул, 2011; Смоленск, 2012); конференции молодых ученых «Использование геоинформационных систем и данных дистанционного зондироваш1я Земли при решении пространственных задач» (Пермь-Астрахань, 2011); Всероссийской конференции «Геоинформационные системы в здравоохранешш РФ: данные, аналитика, решения» (Санкт-Петербург, 2011, 2012).

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 126 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц. 51 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи, охарактеризована научная новизна и практическая значимость исследования, приведены сведения об апробации и внедрении результатов диссертационного исследования.

В первой главе «Научно-методологические основы моделирования транспортной обеспеченности» приводится обзор методов и показателей, используемых для картографирования транспортной обеспеченности, обобщен отечественный и зарубежный опыт картографической оценки обеспеченности населения транспортными услугами, приведены п проанализированы особенности пассажирской транспортной системы города.

Были выделены две группы показателей, характеризующих транспортную обеспеченность. Первая - это наиболее распространенные в географической и картографической литературе показатели, которые оперируют соотношением протяженности транспортной сети и площадью территории, а также включают в себя разлщшые показатели густоты (Василевский Л И. 1971, Гольц Г.А., 1981, Евтеев O.A., 1999, Прохорова Е.А., 2010).

Вторая - это показатели транспортной доступности. Доступность принято выделять как одну их ключевых составляющих транспортной обеспеченности (Бугроменко В Н., 1987). Под транспортной доступностью понимают характеристику определенного пункта или территории, показывающую степень возможности преодоления выбранными способами (обычно различными видами транспорта) пространства, отделяющего ее от других рассматриваемых пунктов или территорий (Дубовик В О., 2013). Это определение, на наш взгляд, наиболее удачно отражает суть транспортной доступности.

7

В нашем случае объектом исследования выступает обеспеченность населения услугами городского общественного транспорта, которую формируют такие основные составляющие как:

• доступность транспортной инфраструктуры - наличие возможности использования различных видов транспорта и выгодность размещения относительно объектов транспортной инфраструктуры (их территориальная доступность, близость и удаленность);

• надежность и разнообразие - наличие достаточного числа маршрутов и вариантов осуществления поездок, отсутствие «транспортной дискриминации» - зависимости от определенных единичных маршрутов и направлений;

• положение в транспортной системе в целом - качество и выгодность положения территории или объекта в транспортной системе с точки зрения доступности остальной территории и населения города.

Приведенные выше факторы сложно выразить количественными показателями, что свидетельствует об актуальности использования показателей доступности.

Этот тезис подтверждается и анализом российского опыта, свидетельствующего о том, что первая группа показателей наиболее популярна при мелко- и среднемасштабных географических исследованиях, но сейчас они используются все реже (Бугроменко В.Н. 2003). Вместо них для анализа транспортной обеспеченности все более активно используются характеристики доступности (Бугроменко В.Н. 1987, 2003, Крылов П.М. 2007). Поэтому в рамках нашего исследования основное внимание уделено моделированию показателей транспортной доступности.

В этой связи особо стоит выделить такие типы доступности, как парная и интегральная. Парная доступность оперирует доступностью от одной до другой точки, т.е. только между двумя точками. Доминирующими являются модели парной доступности в виде изохрон, т.к. они проще в расчетах, чем модели интегральной доступности (Петров П.В., Тикунов B.C., 1984). Парная доступность в виде изохрон - это, как правило, линейная функция удаленности от заданной точки. Интегральная (системная) транспортная доступность предполагает оперирование матрицей доступности (от любой до любой другой точки назначения). Системные модели доступности, которые также применялись в рамках настоящего исследования, используются на порядок реже в связи со значительно большим количеством расчетов по сравнению.

Были рассмотрены наиболее распространенные методы моделирования показателей транспортной доступности с точки зрения особенностей их использования при моделировании в ГИС и применения при крупномасштабных исследованиях: метод оценки

8

пространственного разграничения (Ingram D.R., 1971; Allen W.B., Liu D., Singer S., 1993), диффузионные модели (Тикунов B.C. 1997), метод потенциалов (Hansen W.G., 1959: Ingram D.R., 1971; Евтеев O.A. и др., 1973; Handy S. 1994: Tina нов B.C. 1997). Активно применяются также топологические методы оценки транспортной доступности (Тархов С.А., Дубовик ВО. 2013), но в рамках данного исследования они не используются. Характеристика используемых нами методов приведена ниже (Таблица 1).

Таблица 1. Используемые методы оценки доступности

Вид доступности Описание

Диффузионные модели использует модели парной (только от одной до /фугой точки) доступности В основе лежит расчет сложности преодоления пространства отточек начала распространения явления по всем возможным направлениям

Метод оценки простра нственного разграничения использует как модели парной, так и интегральной (от любой до любой другой точки) доступности В основе лежит расчет сложности преодоления пространства, разделяющего начальный и конечный пункт

Метод потенциалов использует как модели парной, так и интегральной (от любой до любой другой точки) доступности Учитывается людность начальных и конечных пунктов, вводится функция меры преодоления пространства

Анализ системы общественного транспорта города позволит выделить ее основные

характерные особенности, которые важно учитывать на всем протяжении исследоватш - от сбора данных, до создания итоговой модели и серии карт. Общественный городской транспорт имеет несколько отличительных черт, которые во многом обусловливают его развитие, появление новых направлений, изменение его структуры и т.д. Первая специфическая черта общественного городского транспорта заключается в том, что создание хорошо отлаженной системы невозможно без учета особенностей совместной работы всех видов транспорта на всех участках. Это говорит о необходимости системного картографирования всех видов транспорта и совместного их анализа с учетом возможности мулытшодальных (с использованием нескольких видов транспорта) перемещений. Еще одна ключевая особенность заключается в «слоях», при наложении которых формируется единая транспортная сеть. Первым слоем является сеть метрополитена, которая служит каркасом для дальнейшего развития сети, т.к. является наиболее скоростным и имеет максимальные показатели по перевозкам пассажиров. Следующим слоем является сеть основных видов наземного городского транспорта - автобусы, троллейбусы, трамваи, включая маршрутные таксн. Данная сеть создает сообщение между линиями метрополитена, связывает кварталы и районы города между собой и привязывает их к каркасу транспортной сети - метрополитену. Послойная и при этом взаимосвязанная структура системы общественного транспорта также была учтена в рамках предлагаемой методики.

Во второй главе «Методика моделирования обеспеченности населения общественным транспортом» рассматриваются основные положения и особенности предлагаемой автором методики моделирования и описываются примеры расчетов.

Предлагаемая методика базируется на анализе сетевой модели системы общественного транспорта города Москвы. Одной из особенностей предлагаемой методики является ее информационное обеспечение, которое базируется на «открытых» источниках данных, например, такие как 08М (ОрепБ^ейМар) - некоммерческий веб-картографический проект по формированию бесплатных пространственных данных на территорию всего мира силами любых заинтересованных пользователей Интернета.

Уточнение наборов данных о маршрутах и остановках общественного транспорта Москвы и их актуализация проводилась на базе картографических веб-сервисов, таких как http://www.seemap.ru - «seemap.ru». http://www.actualcity.ru - «айиа1с11у», http://www.moscowmap.ru - «Карта Москвы». http://yapriedu.ru - «Я приеду.ру», http://www.mosgortrans.ru/sched' - Официальный сайт ГУП «Мосгортранс», http://bus.ruz.net -«Московский автобус» и т.д. Для уточнения данных использовались космические снимки высокого разрешения и СР8-трски.

Рис. 1. Сеточная модель размещения населения (размер ячейки 200 м) В рамках исследования были использованы данные о размещении населения по территории города без, так называемой, «Новой Москвы». Они были предоставлены для исследования компанией БтайЬосаиоп (http://smartloc.ru/). Данные представляют собой точечный слой соответствующий жилым строениям с атрибутивными характеристиками о потенциальной численности населения каждого жилого дома. Для анализа результатов моделирования использовалась сеточная модель размещения населения (Рис. 1).

Основой предлагаемой методики является база пространственных данных, которая была создана автором в рамках диссертационного исследования и представляет собой сетевую модель системы общественного транспорта города Москвы. Она позволяет

рассчитывать большинство показателей транспортной доступности н обеспечивает возможности сетевого анализа с учетом мультнмодальных перемещений. Автором были сформированы и структурированы подходы к созданию подобных моделей для крупномасштабных географических исследовашш. Для создания и анализа модели мы использовали программный комплекс ArcGIS ESRI Inc., При формировании сетевой модели было необходимо определить три основных условия:

• уровень детализации - соответствие масштабу исследования и необходимой точности ожидаемых результатов анализа;

• состав сетевой модели - определяется целями исследования и сегментами анализируемой транспортной системы, которые выделяются по видам транспорта, тарифной системе и т.д.;

• весовые атрибуты - мера преодоления пространства (расстояние, время, стоимость и т.д.) - атрибут элементов сетевой модели, который определяет сложность преодоления каждого фрагмента сети;

Примеры различных уровней детализашш, которые используются при моделировашш улично-дорожной сети, приведены на (Рис.2а) (Котиков Ю.Г., 2012).

Уровни детализашш с точки зрения их использования в географических исследованиях:

а) уровень 1 - модель сети на центральных осях дорог - наиболее всего подходит для географических исследований, так как сохраняет топологические отношения и не содержит лишних деталей, что облегчает расчеты и моделирование;

б) уровень 2 - модель сети на основе коридоров движения - подходит для крупномасштабных исследований городов и решения навигационных задач;

в) уровень 3 - модель сети на основе полос движения - подходит для локальных исследований, ориентированных на сетевой анализ потоков и решение задач управления.

Таким образом, увеличение степени детализашш сети не дает качественного прироста информации, но значительно усложняет сбор и подготовку данных и увеличивает объемы необходимых вычислений при моделировании, поэтому была использована модель сети на центральных осях дорог. При условш! сохранения топологических отношений она наиболее всего подходит для географических исследований.

Перед созданием модели были выделены сегменты пассажирской транспортной сети, в рамках которых производилось формирование сетевой модели. Сегменты соответствуют видам транспорта. В первую очередь создается сетевая модель по каждому отдельному виду транспорта: метро, автобус, троллейбус и трамвай (Рис.3, Таблица 2).

Plie.2 a) Уровни детализации транспортной сети Источник: hilv://www .science-education. ru/103-62 71. Современные проблемы науки и образования, технические науки, ЛгЗ 2012 г. б) Визуализация фрагмента созданной сетевой модели системы общественного

транспорта

Рис.3 Маршруты по видам транспорта а) автобус, б) троллейбус, в) трамвай, г) метрополитен

Таблица 2. Состав сетевой модели по видам транспорта

Метрополитен Автобус Троллейбус Трамвай

12 линий 636 маршрутов 112 маршрутов 47 маршрутов

196 станций (576 входов/выходов) 7421 остановок 2286 остановок 522 остановок

Дополнительно в модель был включен слой, характеризующий сеть пешеходных дорог, который позволяет учесть варианты мультимодальных поездок, в том случае, когда одна поездка разделяется между несколькими видами транспорта и необходима пересадка.

Основной весовой атрибут для последующего анализа модели - это время, затрачиваемое на поездку. Для целей данного исследования мы ограничились использованием средней скорости движения транспортного средства по участку маршрута (источник - расчеты и измерения автора с использованием сервиса Яндекс.Карты), а также учли временные издержки при ожидании транспортного средства, пересадке и остановках.

В результате для каждого вида транспорта был создан набор пространственных слоев, характеризующих сеть данного вида транспорта и его связь с остальными (Таблица 3).

Таблица 3. Описание слоев сетевой модели по их функциональному назначению

Слой Описание

Линии маршрутов Линейный сдой, характеризует конфигурацию маршрута и содержит информацию о времени движения по маршруту

Станции (остановки) Точечный слон на линиях маршрутов. Описывает время, затрачиваемое транспортным средством на остановки при следовашш по маршруту. Также осуществляет связывающую функцию - через остановки осуществляется связь с другими маршрутами.

Вход на остановку/ выход с остановки Линейный слой, соединяет остановки с пешеходными улицами и содержит информацию о времени на ожидание транспортного средства (только при заходе на остановку)

Переходы между станциями (только для метро) Линейный слой, выполняет связывающую функцию - с помощью него описываются пересадки между линиями метро, также содержит информацию о времени перехода между станциями.

На основе созданных слоев был сформирован специальный набор данных, где были установлены правила связности, ограничивающие переходы между сетями, весовые поля и т.д., таким образом, все слои были объединены в единую сетевую модель, подготовленную к ГИС анализу (Рис.2б).

В рамках предложенной методики рассматриваются следующие факторы обеспеченности населения услугами общественного транспорта (Таблица 4).

Таблица 4. Состав факторов

№ Факторы и состав показателей, подлежащих оценке

1 Доступность транспортной инфраструктуры

1.1 Доступность остановок наземного общественного транспорта

1.2 Доступность станций метрополитена

2 Надежность и разнообразие

2.1 Количество линий метрополитена в зоне доступности

2.2 Количество маршрутов наземного транспорта

3 Выгодность положения в транспортной системе в целом

3.1 Интегральная доступность территории

3.2 Потенциал поля расселения

1. Доступность транспортной инфраструктуры. Показатели данной группы характеризуют обеспеченность в части выгодности размещения территории относительно объектов транспортной 1шфраструктуры.

• Доступность остановок общественного транспорта - характеризует локальный уровень обеспеченности транспортными услугами. Маршруты наземного общественного транспорта покрывают город наиболее плотной сетью и являются связующим звеном с каркасной сетью метрополитена; доступность остановок наземного общественного транспорта является минимальным необходимым условием для пользования транспортными услугами.

• Доступность станций метрополитена - характеризует размещение по отношению к основным транспортным узлам и каркасной сети городского общественного транспорта, которой является метронолитен. Хорошая доступность станции метрополитена является принципиальным и необходимым условием для обеспечеши населения транспортными услугами.

2. Надежность и разнообразие транспортных услуг определяется через наличие достаточного числа маршрутов и различных вариантов осуществления поездок, а также через отсутствие зависимости от определенных маршрутов и направлений.

• Число линий метрополитена в зоне доступности. Размещение в относительной близости от разных линий метрополитена формирует возможность выбора линии при осуществлении поездки, что значительно увеличивает конкурентные преимущества такой территории и увеличивает надежность предоставляемых транспортных услуг, так как обеспечивает несколько вариантов маршрута поездки и уменьшает возможные перепробеги.

• Число доступных маршрутов наземного транспорта — важный показатель в условиях города с радиальной структурой метрополитена, и большого числа изолированных друг от друга периферийных районов. Зачастую, для того, чтобы совершить поездку между близлежащими районами на метро, пассажиры вынуждены ехать через центр города, увеличивая время поездки и нагрузку на пересадочные узлы в центре.

3. Было важно также учесть не только отдельные стороны обеспеченности транспортными услугами, но и выгодность положения в транспортной системе города в целом, поэтому мы ввели третью группу показателей, характеризующих интегральную сторону транспортной обеспеченности. Группа включает следующие показатели:

• Интегральная доступность территории учитывает доступность не конкретных объектов, а всей территории города по отношению к каждой анализируемой точке. Этот показатель характеризует выгодность размещения в транспортной системе не по отношению к определенным объектам, а по отношению к территорш! города в целом.

• Потенциал поля расселения. Учитывая тот факт, что город населен очень неравномерно, важно оценить выгодность размещения каждой анализируемой точки относительно населения. Для этого использовался показатель, который рассчитывается по аналопш с потенциалом поля расселения (demographic potential) и позволяет, наравне с доступностью, учесть людность каждой ячейки территории.. Потенциал характеризует интегральную доступность любой точки города всем населением Москвы.

Л* Группы п состав факторов Метод оценки

Доступность транспортной инфраструктуры

1.1 Доступность остановок общественного Оценка пространственного разграничения

1 транспорта (парная доступность)

1.2 Доступность станций метрополитена Оценка пространственного разграничения (парная доступность)

Надежность н разнообразие

2.1 Количество линий метрополитена в зоне Диффузионные модели

2 доступности (пересекающиеся зоны доступности)

2.2 Положение относительно хордовых Диффузионные модели

маршрутов (пересекающиеся зоны доступности)

Выгодность положения в транспортной системе в целом

3 3.2 Интегральная доступность территории Оценка пространственного разграничения (интегральная доступность)

3.3 Потенциал поля расселения Метод потенциалов (интегральная доступность)

В рамках исследования для оценки расстояния и времени между двумя точками мы использовали кратчайший по времени маршрут с учетом ожидания транспорта и времени на путь пешком как до, так и от остановки.

Например, время в пути (5у> от точки (/") до точки (/), определяется как сумма времени, затраченного на каждый использованный в пути вида транспорта (/). Так как поездки могут иметь мультимодальный характер - возможно использование нескольких видов транспорта или нескольких маршрутов одного транспорта (//, /_?, 1.1,... /„), то итоговое время на поездку суммируется.

= /,+/> + Iз +... + /„ В свою очередь (Г) определяется следующим образом:

/ = '] + I; + /5 + Ц

Где: 1| - время на пеший путь от исходной точки до остановки общественного транспорта, - время на ожидание транспорта на остановке, Ь - время на путь в транспорте, и- время на путь от остановки общественного транспорта до места назначения. При использовании метро, также добавляется 15 - время на переход между станциями.

Для визуализации, а также сопоставления результатов моделирования различных показателей была использована сетка с ячейкой размером 200 на 200 м. Учитывая, что одна из основных задач исследования - это оценка обеспеченности населения услугами общественного транспорта, то целесообразно покрывать сеткой все селитебные районы города. Таким образом, сетка соответствует размещению резидентного населения в городе.

Рис.4 а) Доступность остановок неземного оби/ественного транспорта, б) доступность станций метрополитена

Доступность транспортной инфраструкту ры. Множество начальных пунктов, от которых мы рассчитывали доступность, - это центроиды всех жилых строений г. Москва Множество конечных точек представлено: в первом случае - остановками наземного общественного транспорта (Рис.4а). во втором случае - входами на станции метрополитена (Рис.4б). При моделировании использовалась «парная» доступность - от одной до другой точки, т.е. для каждого центроида жилого дома было определено расстояние только до ближайшего остановочного пункт или входа на станцию метро.

Принципиальным различием при моделировании доступности остановок наземного транспорта и станций метрополитена является состав элементов транспортной сети, которые участвуют в моделировании. При моделировании доступности остановок общественного транспорта учитываются только возможность пеших перемещений, а для расчета доступности станций метрополитена учитываются как пешие перемещения, так и возможность использования наземного общественного транспорта для доступа к станции метрополитена.

Рис.5 а) Число доступных маршрутов наземного транспорта, б) число доступных линий

метрополитена

Надежность и разнообразие. Число доступных маршрутов наземного транспорта рассчитано как число маршрутов в зоне 15-ти минутной доступности от любой точки территории Для каждого остановочного пункта мы рассчитали число маршрутов, которые через него проходят, после чего, определив границы 15-ти минутных зон доступности для каждого остановочного пункта, мы определили суммарное число доступных маршрутов для ячеек территории, которые попали в эти зоны (Рис. 5а).

Число доступных линий метрополитена было определено нами как число линий, до которых можно добраться менее чем за 15 минут. При определении границы зоны 15-ти минутной доступности учтены возможные перемещения как пешком, так и на общественном транспорте. Для каждой линии метрополитена мы определили ее 15-ти минутную зону доступности и нашли области перекрытия этих зон. Таким образом, люди, которые проживают в пределах перекрытия зон доступности нескольких линий метрополитена, имеют удобный доступ к каждой из них. Число таких перекрытий соответствует числу доступных линий метрополитена (Рис. 56).

Выгодность положения в транспортной системе в целом. Интегральная транспортная доступность учитывает время доступности и рассчитывается для каждой точки территории как среднее арифметическое между временем доступности от нее до всех

___ _

остальных точек территории на общественном транспорте (Рис.ба). Отсюда интегральная транспортная доступность (Уу) до всех точек территории (г) для любой точки (/) выразится следующим образом:

г*;

где: (5',^- время в пути от точки (/) до каждой точки территории (;').

Интегральная транспортная доступность (Рис.ба) отражает среднее время доступности до всех точек территории. Чем лучше и выгоднее размещение по отношению к остальной территории и чем быстрее до нее добираться - тем меньше данный показатель.

Потенциал поля расселения позволяет учесть не только интегральную доступность, но и вес каждой ячейки сеточной модели (Рис.1), в данном случае - ее людность. При таком подходе, потенциал (У,)) до всех точек территории (/) с учетом их людности (Р,) для любой точки (/) выразится следующим образом:

-В

¡=1

где: (5/,>)- время в пути от точки (/') ДО каждой точки территории (/), а (Р,)- людность точки.

Рис. 6 а) Интегральная транспортная доступность н б) Потенциал поля расселения

Таким образом, данный показатель (Рис.66) наглядно отражает выгодность местоположения не только с точки зрения доступности территории, но и с учетом доступности населения, проживающего на территории. Чем выше значение показателя - тем больше людей проживает в зоне доступности - тем выгоднее является местоположение в транспортной системе, так как минимизируются транспортные издержки для доступности населения.

В третьей главе «Применение и анализ результатов моделирования» изложены результаты анализа полученных моделей с точки зрения их предметного толкования и описания обеспеченности населения города Москвы услугами общественного транспорта. Автором предложены пути использования разработанной методики в исследованиях по оценке качества городской среды (Сомов Э.В., 2014), а также при анализе и оптимизации размещения объектов социально-коммерческой и транспортной инфраструктуры (Сомов Э.В., Тикунов B.C., 2014). Разработаны разновидности алгоритма использования показателей транспортной доступности для оценки размещения объектов различных типов локализации: точечных, линейных и полигональных с учетом размещения населения и транспортной инфраструктуры (Сомов Э.В., Тикунов B.C., 2014).

Рис. 7 а) фокусные точки, б) начальные точки в) модель доступности центра города относительно селитебных территорий на общественном транспорте Предложенная методика может быть эффективно использована при анализе качества городской среды, например при оценке доступности центра города на общественном транспорте, где сосредотачивается значительная часть рабочих мест и другие, важные с точки зрения городской среды, функции. В данном случае мы рассчитывали время

доступности до центра, и в качестве точек для измерения доступности - назовем их фокусными точками - использовали центральные пересадочные транспортные узлы: Библиотека им. Ленина. Охотный ряд, Лубянка и Китай город, всего - четыре точки (Рис.7а). Для расчетов мы использовали данные о размещении жилых строений — всего 32 611 точек (Рис.66) Для каждой точки жилого строения было рассчитано время, которое необходимо затратить на кратчайший путь с использованием общественного транспорта на дорогу от каждого жилого строения до каждой из фокусных точек.

В результате моделирования для каждого жилого строения мы получили по четыре значения доступности, по одному для каждой фокусной точки Вычислив среднее из них. получили итоговое время доступности центра для каждого жилого строения. Для каждой ячейки итоговое время доступности от центра, было определено как среднее арифметическое между значениями доступности попавших в нее жилых строений. Итоговая модель доступности селитебных районов от центра города представлена на рисунке 7в. Среднее по городу время доступности центра на общественном транспорте, учитывая численность населения каждой ячейки, составило 43.2 минуты.

В рамках исследования был также предложен алгоритм применения потенциала поля расселения (интегральной доступности для населения с учетом общественного транспорта) для оценки размещения объектов социальной, коммерческой и транспортной инфраструктуры различных типов локализации: точечных, линейных ч полигональных.

Пример использовании потенциала поля расселения для анализа размещения точечных объектов. В качестве примера выбраны наиболее крупные торговые центры в пределах МКАД. Для каждого торгового центра мы рассчитали значение потенциала поля расселения. Значение потенциала наглядно отражает выгодность местоположения с точки зрения доступности для населения. Чем выше значение показателя, тем больше людей имеет доступ к торговому центру на общественном транспорте. Таким образом, наибольшие значения потенциала характерны для торговых центров, расположенных возле станций метро, особенно возле станций Кольцевой линии. Такая оценка позволяет анализировать доступность потенциальной аудитории для торгового центра и планировать маршруты автобусов-шаттлов. Этот показатель особенно интересен при оценке размещения объектов торговой недвижимости, когда важно, чтобы к анализируемым объектам имели удобный досту п максимальное число людей (Рис. 8а).

Расчет потенциала для полигональных объектов. Для анализа размещения полигональных объектов в качестве примера были выбраны наиболее популярные парки Москвы. При расчете потенциала поля расселения территория каждого парка была разбита на ячейки размером 200м и для каждой ячейки рассчитано значение потенциала.

20

Рис. 8 а) Оценка раз мещения Торговых центов б) Оценка размещения Зон отдыха

Рис. 9 а) Планируемые этапы ввода транспортной инфраструктуры о) Приоритеты ввода объектов транспортной инфраструктуры Расчет потенциала поля расселения позволил определить наиболее привлекательный для населения парк с точки зрения расположения в системе общественного транспорта и

ВАО

парк с наибольшим объемом потенциальной аудитории. Для этого при анализе каждого парка был рассчитан средний потенциал территории парка и суммарный потенциал (Рис. 86).

Средний - рассчитывается как среднее арифметическое значении потенциала всех ячеек парка и характеризует выгодность расположения парка в системе общественного транспорта по отношению к населению.

Суммарный - рассчитывается как сумма значений потенциала всех ячеек парка н зависит от размера территории парка, характеризует потенциальный объем аудитории парка при эффективном использовании его территории.

Расчет потенциала для линейных объектов. В данном случае мы использовали потенциал поля расселения для определения наиболее приоритетных элементов сети метрополитена, планируемых к вводу в эксплуатацию до 2020 г. Для этого были рассчитаны значения потенциала в местах строяпнгхся и планируемых к строительству станций метрополитена (Рнс.9б). Чем больше значение потенциала поля расселения в определенном месте, тем больше населения «тяготеет» к нему, и тем выше загруженность пассажирской транспортной сети в этой точке. Там. где высокие значения потенциала поля расселения соответствуют существующим линиям и станциям метрополитена, ситуация относительно нормальная. Однако места экстремально высоких значений потенциала поля расселения, а также те территории, где наблюдаются относительно высокие значения потенциала поля расселения при отсутствии существугопнк станций, являются приоритетными направлениями, которые нуждаются в улучшении транспортной ситуации.

Полученные результаты показывают, что существующие планы по вводу в эксплуатацию новых лшшй метрополитена во многих случаях соответствуют потребности оптимального обеспечения населения транспортными услугами. Очень востребованными оказались значительные участки Калининской и Люблинско-Дмитровской линий, которые и вводятся в первую очередь (до конца 2015 г.). Но не во всех случаях приоритетность ввода новых линий по существующему плану соответствует реальной потребности населения. В первую очередь, это касается таких направлений, как продолжение Сокольнической ветки до Саларьево (срок ввода до коша 2014 г.) - ее срочность, по результатам расчетов, оказалась невысокой, а срочность второго кольца наоборот, (за исключением западного сегмента) -весьма высока (срок ее ввода по плану до конца 2017 г).

Отметим, однако, что данный вопрос - очень сложный л многогранный, учесть все стороны которого в рамках одного исследования невозможно. Естественно, при выборе приоритетов в этом случае не учтены условия финансирования строительства, пока не включенные в модели. Но, не смотря на это, использование потенциала поля расселения в

качестве одного нз инструментов для оптимального планирования территориальных направлений развития транспортной инфраструктуры вполне оправдано.

ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАБОТЫ В результате проведенного исследования удалось достичь основных поставленных перед диссертантом целей - была предложена, обоснована и опробована методика геоинформационного картографирования обеспеченности населения города Москвы общественным транспортом, а также проведены модельные исследования применения разработашюй методики в смежных прикладных направлениях.

Основные результаты диссертационного исследования следующие:

1. Проведен детальный анализ отечественного и зарубежного опыта в моделировании транспортной обеспеченности населения; систематизированы существующие методы и предложены новые подходы к моделированию обеспеченности населения общественным транспортом на крупномасштабном уровне.

2. Определена научно обоснованная система показателей и алгоритмов их расчёта, характеризующая уровень обеспеченности населения города услугами общественного транспорта.

3. Изложены принципы создания сетевых моделей транспортных систем для анализа в ГИС в рамках географических исследовашш, сформирована оригинальная сетевая модель системы общественного транспорта города Москвы.

4. В рамках апробации методики построены модели различных факторов транспортной обеспеченности селитебной территории города Москвы, создана соответствующая серия карт.

5. Предложены варианты использования показателей транспортной доступности и алгоритмов их расчета для оценки качества городской среды, а также для оптимизации размещения объектов социальной и транспортной инфраструктуры.

По результатам диссертационного исследования опубликованы следующие основные работы: в рекомендованных ВАК изданиях:

1. Сомов Э.В. Геоинформационное моделнровашге при оценке качества транспортного обслуживания городского населения (на примере Юго-Запада Москвы) // Вестн. Моск. ун-та, Серия 5. География. - М.: Издательство МГУ, 2013. - № 1. - С. 42—46.

2. Сомов Э.В., Тнмонин С.А. Примените геоннформационных методов в решении задач оптимизации медицинского обслуживания населения г. Москвы // Врач и информационные технологии, М.: «Менеджер здравоохранения», № 2 - 2012. - с. 3041.

3. Сомов Э.В. Тимонпн С. А., Геоинформашюнное моделирование обеспеченности населения Москвы объектами социальной инфраструктуры // Научное обозрение. Серия 1: Экономика и право. 2013. № 6. С. 106-115.

4. Сомов Э.В. Математико-картографическое моделирование доступности центра города на общественном транспорте при оценке транспортной обеспеченности населения г. Москвы // Региональные исследования. 2014. - №1 (43). - с. 68-74

5. Сомов Э.В., Тикунов B.C. Геоинформационное моделирование интегральной транспортной доступности при планировашш приоритетных направлений развития транспортной инфраструктуры на примере метрополитена Москвы // Геодезия и картография. 2014. №8. С. 49-53.

в других изданиях:

6. Сомов Э.В. Ушакова JI.A. Картографическая оценка транспортной доступности территоршг и ее влияния на стоимость аренды жилья (на примере Юго-Западного округа г. Москвы) // Материалы международной научной конференции ИнтерКарто/ИнтерГИС-16. «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт». - Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН. 2010. с. 80-86.

7. Сомов Э.В. Применение геоннформационных методов для анализа обеспеченности территории г. Москвы услугами общественного транспорта // сб. науч. тр: по материалам международной научной конференции Использование геоинформационных систем и данных дистанционного зондирования Земли при решении пространственных задач. - Пермь. 2011 - с. 29-38.

8. Тнмонин С.А., Сомов Э.В. Геоинформационный подход в решении задач оптимизации медицинского обслуживания населения (на примере родильных домов г. Москвы) // Материалы международной научной конференции ИнтерКарто/ИнтерГИС-17. «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт». - Барнаул. 2011. - с. 372-378.

9. Сомов Э.В. Использование геоинформацпонных методов для анализа инфраструктуры системы общественного транспорта (на примере г. Москвы) // Материалы международной научной конференции ИнтерКарто/ИнтерГИС-18. «Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» - Смоленск, 2012., с. 425-434.

10. Сомов Э.В., Тикунов B.C. Оценка приоритетности строительства транспортных объектов на примере метрополитена г. Москвы // Управление развитием территории, М.: ГИС-Ассоциацня, №3 - 2014. - с. 47-48

Подписано в печать 19.02.2015 г. Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 100 Экз. Заказ № 2382-2-15 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39