Теоретические принципы и методы повышения эффективности функционирования транспортных систем городов

На правах рукописи

Пугачев игорь НИКОЛАЕВИЧ

теоретические принципы
и методы повышения
эффективности функционирования

транспортных систем городов

05.22.01 – Транспортные и транспортно-технологические системы страны,
её регионов и городов, организация производства на транспорте

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский Государственный Университет» (ТОГУ), Федеральное агентство по образованию.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Ковалев Рудольф Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

Ларин Олег Николаевич

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ)

доктор технических наук, профессор,

Миротин Леонид Борисович

Московский автомобильно-дорожный государственный технический

университет (МАДИ)

доктор технических наук, профессор,

Михайлов Александр Юрьевич

Иркутский государственный технический университет (ИрГТУ)

Ведущая организация – Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Защита состоится 17 декабря 2010 года, в 14 часов-00, на заседании диссертационного совета Д 218.013.02 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университете путей сообщения и в сети Интернет на сайте http://usurt.ru ..

Автореферат разослан «____» ____________ 2010 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок 8(343) 358-55-10, факс – 8-343-245-31-88

Ученый секретарь

диссертационного совета Александров А.Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Транспортные проблемы крупных городов сегодня вышли на первые позиции в рейтинге современных проблем человечества, и только оперативные и затратные решения могут в будущем нормализовать сложившуюся ситуацию. Данная проблема во многих странах вышла на уровень их высшего руководства. В России, в одном из выступлений, посвященном проблемам транспорта, президент страны Д. А. Медведев сказал: «Вопрос безопасности на дорогах требует при решении комплексного подхода – сюда входит и грамотное градостроительное планирование, и организация движения, и поддержание в надлежащем состоянии дорожной сети». А безопасность, – это только одна из проблем транспортных систем городов (ТСГ).

Проблемы ТСГ, и в первую очередь автомобильно-дорожной составляющей, имеют ту же комплексную природу и требуют системного подхода к их решению. Эффективное решение этой крупной народно-хозяйственной и социальной проблемы, на наш взгляд, должно лежать в совместном решении таких задач как: а) совершенствование отраслевой правовой базы и методов государственного управления автомобильным транспортом; б) системная организация дорожного движения; в) рациональное комплексное транспортное и градостроительное планирование; г) оперативная организация дорожного строительства и максимальное сохранение существующей дорожной сети; д) внедрение современных методов управления движением городского транспорта.

Каждый новый этап развития ТСГ сопровождался наработкой соответствующих принципов и методов управления их эффективным функционированием, отвечающих запросам того времени. Несмотря на наличие многих талантливых теоретических разработок отечественных ученых, на практике приходится признать несовершенство транспортных систем российских городов, не способных обеспечить их основные целевые показатели – полное, своевременное и качественное удовлетворение потребностей города в перевозке грузов и пассажиров. В этой связи представляется актуальным исследование основных факторов, определяющих потенциал транспортных систем городов и разработка рекомендаций по его развитию.

Решение задач формирования и развития транспортной инфраструктуры требует учета большого количества факторов связанных с показателями технического развития города, ростом потребностей предприятий и населения, ресурсными возможностями. Требование учета временной динамики ресурсных ограничений совместно с динамикой специфики решаемых задач и потребностей в транспортных (дорожных) ресурсах приводит к объективной необходимости сформулировать научно-обоснованный подход, позволяющий оптимизировать процессы совершенствования базовых магистральных транспортных связей на муниципальном уровне.

В связи с этим представляется актуальным создание комплекса математических моделей, адекватно описывающих временные характеристики развивающихся транспортно-распределенных систем города с возможностью оптимизации в любой момент времени по заданному набору параметров.

Цель работы состоит в совершенствовании теоретико-методических основ развития и функционирования транспортных систем городов и разработке принципов обеспечения бесперебойного и безопасного движения транспортных потоков по дорожным сетям городов, снижения транспортных издержек при всех видах перевозок городским транспортом.

Задачи исследования:

1. Разработать принципы комплексного учета транспортных факторов при принятии архитектурно-планировочных решений и теоретические основы долгосрочного градостроительного и транспортного планирования, обеспечивающие учет пропуска прогнозируемых транспортных потоков внутри городов (муниципальных образований).
2. Разработать и теоретически обосновать процесс поэтапного совершенствования структуры магистральной базовой дорожной сети города и возникающие при этом задачи управления процессом на этапах.
3. Разработать методику определения объемов резервирования земель в границах муниципальных образований для развития стоянок автотранспорта.
4. Предложить комплексное решение по улучшению системы городского пассажирского транспорта.
5. Разработать методологические подходы к решению проблем размещения грузоперерабатывающих комплексов в рамках отдельных задач синтеза структуры городской транспортно-распределительной системы.
6. Обосновать необходимые условия сохранения существующей сети городских дорог на длительную перспективу, как альтернативу снижения затрат на ее развитие.

Объектами исследования являются транспортные системы крупных городов (в частности, краевых (областных) центров) страны.

Теоретико-методологические основы исследования. Диссертационное исследование выполнено на основе современных достижений теории проектирования и развития транспортных систем, моделирования транспортных потоков и оптимизации транспортных сетей. Теоретико-методологической основой исследования явились методы системного подхода и системного анализа, теории принятия решений.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Сформулирована научная концепция развития потенциала автотранспортных систем городов на основе системного подхода к постановке задачи совершенствования процессов функционирования автотранспортных систем городов.

2. Выявлены общие закономерности процессов поэтапного формирования эффективного функционирования транспортной сети города, как сложной системы и процессов формирования магистральной базовой дорожной сети, как основы для решения задач транспортной обеспеченности.

3. Предложена оптимизационная модель размещения базовых объектов транспортно-распределительной системы крупного города, обеспечивающая интеграцию внутригородских и транзитных грузопотоков;

4. Предложена расчетная модель сохранения дорожной сети на длительную перспективу посредством определения оптимальных сроков ограничения различных по величине осевых нагрузок транспортных средств.

Практическая значимость. Результаты исследования имеют прикладной характер и могут быть использованы федеральными, региональными и муниципальными органами власти и управления при разработке комплексных программ развития автотранспортных систем городов. Разработанные в диссертации теоретические принципы, модели и методы ориентированы на практическое применение и расширяют возможности по оценке результатов функционирования автотранспортной сети города и обоснованию проектов ее реконструкции и развития в целях повышения эффективности транспортных сообщений. Внедрение результатов исследования позволяет более рационально решать задачи комплексного развития автотранспортной системы города с учетом основных транспортнообразующих факторов, обоснованности оценок потребностей в перспективных пропускных возможностях и конкретизации требований к расположению объектов транспортно-распределительной инфраструктуры городов.

В диссертационной работе подробно рассмотрены вопросы гражданско-правовых и административно-правовых аспектов транспортного законодательства и внесены конкретные предложения в основные нормативные документы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Концептуальные основы развития транспортного потенциала автотранспортных систем городов.
2. Комплекс математических моделей развития базовой магистральной автотранспортной сети города, учитывающих необходимость выбора и возможность замены управляющих воздействий, динамику начальных условий формирования сети и изменение целей, расчета численных значений характеристик сети, получаемых на этапах.
3. Методика определения объемов выделения и резервирования городских территорий для парковки и хранения транспортных средств.

4. Метод определения многокритериальной целевой функции формирования и эксплуатации базового объекта транспортно-распределительной системы города.

5. Интегрированный метод (концепция) комплексного подхода развития транспортного потенциала автотранспортной системы города.

Реализация результатов исследования. Результаты диссертационного исследования применяются на практике администрацией г. Хабаровска при оценке эффективности функционирования сети городских автомобильных дорог и при обосновании проектов их реконструкции и развития.

Разработанные в диссертации теоретико-методологические принципы развития потенциала автотранспортной системы города используются Министерством промышленности, транспорта и связи Правительства Хабаровского края в программах модернизации транспортно-распределительной инфраструктуры Хабаровского края, направленных на реализацию транспортно-географических преимуществ региона. Содержащиеся в диссертационном исследовании конкретные рекомендации по формированию сети транспортно-распределительных комплексов на территории края учтены в Стратегии социально-экономического развития Хабаровского края до 2020 года.

Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе в Тихоокеанском государственном университете и Самарском государственном техническом университете при обучении студентов специальности 190702 «Организация и безопасность движения».

Апробация работы. Основные концептуально-теоретические положения, рекомендации и результаты исследования доложены на: научно-технической конференции «Проблемы дорожно-транспортного комплекса Дальневосточного региона в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного проезда по мосту через реку Амур у города Хабаровска» (Хабаровск 1999 г.), научно-технической конференции «Развитие городской инфраструктуры и земельной реформы в условиях перехода к рыночной экономике» (Хабаровск 2000 г.), научно-технической конференции «Повышение эффективности и качества строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе» (Хабаровск 2001 г.), Международном семинаре «Технология устройства дорожной разметки в условиях Дальнего востока» (Хабаровск 2002 г.), межрегиональной науч.-практ. конференции (с международным участием) «Автомобильный транспорт Дальнего Востока» (Хабаровск 2002, 2004, 2006, 2008 гг.), международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт–Петербург 2002, 2004, 2006, 2008 гг.), пятой международной научной конференции «Новые идеи нового века» (Хабаровск 2005 г.), научно-технической конференции «Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска» (Хабаровск 2005 г.), международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем – 2005». (Волгоград 2005 г.), III Всероссийской научно-технической конференции «Транспортные системы Сибири» (Красноярск 2005 г.), международной (екатеринбургской) научно-практической конференции «Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния» (Екатеринбург 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.), международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и экономического роста Дальнего Востока России» (Хабаровск 2007 г.), региональной научно-практической конференции «Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса» (Хабаровск 2007 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы и направления развития транспортной системы» (Самара 2007 г.), V междунар. науч. - техн. конф. «Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России» (Пенза 2008 г.), Международной научно-практической конференции «Вместе к эффективному дорожному движению!» (Минск 2008 г.), VI Всерос. НТК «Политранспортные системы» (Новосибирск 2009 г.), второй Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем» (Челябинск 2010 г.).

Результаты диссертационных исследований были доложены на совместном заседании кафедр «Автомобильного транспорта» и «Экономики и управления на предприятиях транспорта» Уральского государственного лесотехнического университета.

Основные положения диссертации были доложены на совместном научном семинаре кафедр «Организации и безопасности движения», «Логистики», «Техносферной безопасности», «Транспортной телематики», «Изысканий и проектирования дорог» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 110 работах, в том числе – 4 монографии. В рекомендованных ВАК РФ изданиях опубликовано 16 работ. В опубликованных работах автору принадлежат основные идеи, теоретический и экспериментальный материал, выводы. Материалы диссертации приведены также в отчетах по Грантам и Программам, выполненным при участии и под руководством автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст размещен на 35465 страницах, включает 41 таблиц, 43 рисунка. Список литературы включает 364 наименования.

Автор выражает признательность Р. Н. Ковалёву и С. М. Буркову за конструктивные замечания, ценные советы и помощь при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ диссертации

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, апробация и объем публикаций по теме диссертации.

В первой главе разработаны концептуальные основы развития потенциала автотранспортных систем городов, систематизированы проблемы данных систем на современном этапе их развития.

В вопросах разработки и исследования эффективности ТСГ на различных исторических этапах, закономерностей их развития в отечественной практике накоплен значительный опыт, научные и методологические основы которого обобщены в работах Г. Д. Дубелира, В. Н. Семенова, Г. В. Шелейховского, А. Х. Зильберталя, А. А. Полякова, А. М. Якшина, В. Г. Давидовича, В. А. Черепанова, А. Е. Страментова, А. В. Сигаева, М. С. Фишельсона, А. И. Стрельникова, Е. М. Лобанова, В. В. Сильянова, В. Н. Луканина, Л. Б. Миротина, Ю. М. Цветова, Ю. А. Ставничего, Г. А. Гольца, Э. А. Сафронова, А. А. Агасьянца, К. Э. Александера, С. А. Ваксмана, А. Ю. Михайлова, О. Н. Ларина и др.

Автомобилизация и сопутствующий ей рост интенсивности движения автотранспорта играют в целом положительную роль в развитии экономики и общества. Однако без соответствующего инфраструктурного обеспечения они не могут нормально развиваться и функционировать и порождают ряд серьёзных проблем в области безопасности дорожного движения в городах, имеющих далеко идущие последствия для всей социально-экономической сферы страны.

Особенно остро в настоящее время эта проблема проявляется в крупных городах, транспортные системы которых формировались в прежние годы исходя из нормативного уровня 170–180 автотранспортных средств (АТС) на 1000 жителей. Очевидно, что пропускная способность ТСГ недостаточна при существующем и перспективном уровне автомобилизации общества (рис. 1).

Рис.1. Уровень автомобилизации в крупных и крупнейших городах России

Анализ транспортной ситуации, складывающейся в крупных городах России и на подходах к ним, показывает, что перегруженность ТСГ обусловлена совокупным влиянием ряда основных факторов внешней и внутренней среды (рис. 2).

Сложная структура взаимосвязей этих факторов свидетельствуют о том, что проблемы ТСГ имеют комплексную природу и требуют системного подхода к их решению.