автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Модели выбора рациональных вариантов развития транспортных сетей

І

Н «Ы рукописи

005531894

ШАТАЛОВА НАТАЛЬЯ ВИКТОРОВНА

МОДЕЛИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.22.01 - Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства

на транспорте

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 АВГ 2013

Санкт-Петербург - 2013

005531894

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем транспорта им. Н.С.Соломенно Российской академии наук

Научный руководитель Куватов Валерий Ильич

Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты Ложкин Владимир Николаевич

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий"

Лазарев Юрий Георгиевич

кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры «Автосервис» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный экономический университет»

Защита состоится 3 октября 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.270.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем транспорта им. Н.С.Соломенко Российской академии наук по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная, дом 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем транспорта им. Н.С.Соломенко Российской академии наук.

Автореферат разослан «28» июня 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.270.01 доктор технических наук

А. Л. Стариченков

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Повышение темпов экономического развития России, ее интеграция в европейские и другие мировые экономические структуры невозможны без опережающего развития транспортной сети. Транспортная сеть страны должна обеспечить максимальную коммуникационную жизнеспособность общества за счет своей наибольшей проводимости. Достичь этого можно только при достаточной пропускной способности транспортной сети и перевозной способности транспортных средств всех видов транспорта.

Основой транспортной сети России являются международные транспортные коридоры (МТК). Важнейшая составная часть МТК - автомобильные дороги. В состав МТК входят магистральные и иные наиболее протяженные капитальные автомобильные дороги, формирующие опорный каркас автомобильной сети России. Помимо дальних межобластных и межгосударственных сообщений эти дороги являются основными путями по обеспечению внутренних связей регионов с их главными центрами. В настоящее время большинство автомобильных дорог международных транспортных коридоров России не в полной мере соответствуют требованиям, предъявляемым к ним со стороны перевозчиков. Особенно остро ощущается их недостаточная пропускная способность.

Таким образом, наблюдается острое противоречие между недостаточными пропускными способностями сети автомобильных дорог МТК России и потребностями перевозчиков. Это противоречие порождает проблему совершенствования сети автомобильных дорог МТК России. Одна из частных задач, способствующих решению этой проблемы - задача выбора рационального варианта развития существующей сети дорог.

Вопросам развития транспортных сетей посвящено значительное количество публикаций отечественных ученых. Фундаментальными проблемами транспортных сетей занимались Белый О. В., Луканин В. Н., Персианов В. А. и др. Системному анализу решения транспортных проблем посвящены труды Кокурина И. М., Ларина О.Н., Скороходова Д. А. и др. Математические методы оптимизации автодорожных сетей получили проработку в трудах Волкова Б.А., Паршиковой В.А., Полякова Г.А., Хомяка Я.В. и др. Особенности транспортных скоростных магистралей и необходимость их развития рассматривались в трудах Артемова С.Н., Бабкова В.Ф., Великанова Д.П., Сильянова В.В. и др. Выбор вариантов решений по скоростям движения транспортных потоков на дорогах на основе моделирования транспортных потоков получили проработки в трудах Еремина В.М., Лукинского B.C., Муравьева Л.И., Сильянова В.В. Отдельные аспекты развития автомобильных дорог вблизи крупнейших центров рассматривались в работах Артемова С.Н., Куватова В.И. и др. Пропускная способность двухполосных дорог исследовалась в трудах Анохина В.Н., Сильянова В.В. и других. Экологический аспект влияния прохождения автомобильных дорог в зонах проживания детально отражены в трудах Ложкина В.Н., Луканина В.Н. и др.

Вместе с тем, следует отметить, что существующие методы решения задачи выбора рационального варианта, не позволяют рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги и ранжировать варианты по совокупности основных показателей эффективности. Таким образом, в настоящее время существует актуальная научная задача разработки научно-методического аппарата выбора рационального варианта развития существующей сети, решению которой и посвящена настоящая диссертация.

Цель диссертационного исследования: разработка моделей выбора рациональных вариантов развития автомобильных дорог, обеспечивающих повышение эффективности управления развитием транспортных сетей.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи: выполнен анализ особенностей и проблем развития автомобильных дорог с учетом требований работы транспортных коридоров;

разработаны методологические подходы к рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктов;

разработана модель сопоставления вариантов развития автомобильных дорог в зонах влияния населенных пунктов на основе суммарных дисконтированных затрат;

разработана иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог в зонах населенных пунктов по нескольким критериям;

разработаны предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Объект исследования - автомобильные дороги транспортных коридоров. Предмет исследования - модели, направленные на рациональное развитие автомобильных дорог транспортных коридоров в зонах населенных пунктов с учетом международных требований и потребностей качественного обеспечения внутренних и внешних сообщений регионов.

Методы исследования - методы расчета эффективности инвестиционных проектов, математическое моделирование, методы обработки статистической информации, методы решения многокритериальных задач.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат функционально полного набора вариантов реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов.

2. Иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов по нескольким критериям.

3. Предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработанная динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат позволяет, в отличие от существующих, рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги в зависимости от удаления границы застройки и обеспечивает удобное сопоставление вариантов по тенденциям изменения затрат.

2. Созданная модель многокритериального выбора варианта реконструкции автомобильных дорог позволяет, в отличие от существующих, совместить результаты аналитического расчета суммарных дисконтированных затрат на реализацию различных вариантов реконструкции автомобильных дорог с экспертными оценками других показателей эффективности. Ранжирование вариантов показывает, чем необходимо руководствоваться при выборе варианта реконструкции автомобильных дорог.

3. Впервые был сформирован функционально полный набор вариантов реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов и оценена приоритетность каждого из вариантов с учетом важности различных показателей эффективности.

Практическая значимость работы и полученных результатов определяется необходимостью привлечь внимание научной общественности и руководящих работников транспорта к серьезным проблемам, связанным с развитием автомобильных дорог. Разработанные в диссертации модели и методы ориентированы на практическое применение и расширяют возможности по оценке результатов функционирования автотранспортной сети и обоснованию проектов ее реконструкции и развития в целях повышения эффективности транзитных сообщений. Результаты исследований могут быть использованы для формирования стратегии развития автомобильных дорог Министерством транспорта, федеральными и региональными дорожными службами. Принципы моделирования могут применяться в предпроектной практике с необходимой поправкой на конкретную ситуацию.

Достоверность основных положений исследования обеспечена корректной постановкой задач и проведением исследования, применением системного подхода при анализе предметной области, использованием современных расчетных методов, корректным использованием расчетных данных и согласованностью полученных результатов с результатами работ других исследователей. Достоверность научных результатов подтверждается апробацией основных положений диссертации.

Обоснованность научных результатов определяется строгой аргументацией полученных моделей и основных выводов, доказательным и корректным использованием апробированных методов исследований.

Реализация. Результаты диссертационного исследования внедрены:

В научных исследованиях Управления научной и инновационной деятельности ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

В научных исследованиях Некоммерческого партнерства «Транспортный союз Северо-Запада».

В учебном процессе ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».

Апробация работы. Научные результаты диссертационного исследования докладывались на семинарах в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем транспорта им. Н.С.Соломенко Российской академии наук (2010, 2013 г.г.), в Доме ученых имени М. Горького Российской академии наук (2013 год), на научно-технической конференции «Экономика, менеджемент и управление на автомобильном транспорте» (Санкт-Петербург, 2000 год), на всероссийской научно-технической конференции «Научно-технический прогресс на транспорте России в XXI веке» (Москва, 2001 год), на международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт-Петербург, 2002, 2012 г.г.), на всероссийской конференции «Перспективы развития транспорта России» (Санкт-Петербург, 2006 год), на международной научно-практической конференции «Правовые проблемы охраны окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2007, 2008 г.г.), на международной научно-практической конференции «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» (Пермь, 2008 год), на международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения» (Пермь, 2009), на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2009» (Москва, 2009), на международной научно-практической конференции «Инновации в транспортном комплексе. Безопас-

ность движения. Охрана окружающей среды» (Пермь, 2010), на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2010» (Санкт-Петербург, 2010, 2011 г.г.), на международной научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2012» (Санкт-Петербург, 2012), на международной научно-практической конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе» (Пермь, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах и изданиях перечня ВАК, 18 публикаций в материалах научных конференций, научных журналах и сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Общий объем работы 139 страниц, 10 рисунков и 23 таблицы.

П. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и сформулированы основные задачи исследования, определены предмет и объект исследования, раскрыты научная новизна и значимость работы.

В первой главе - «Основные тенденции, проблемы и механизм развития сети автомобильных дорог, определяющие принципы ее стратегического развития» рассмотрены особенности сети автомобильных дорог, как эффективной формы реализации больших объемов перевозок, требования к автомобильным дорогам в реализации функций коридоров. В главе проанализированы некоторые проблемы развития автомобильных дорог, затрудняющие реализации их функций в транспортных коридорах и в реализации внутренних перевозок регионов.

Понятие международный транспортный коридор в настоящее время приобретает смысл эффективной формы организации перевозок на международных путях и сообщениях между регионами. Автомобильные дороги являются неотъемлемой частью всех сухопутных коридоров. Они призваны не только обслуживать большой объем перевозок в прямом сообщении «от двери до двери», но и осуществлять связи потребителей транспортных услуг с терминалами, а также связи между терминалами и различными видами транспорта. Технические возможности и состояние автомобильных дорог во многом определяют качественную работу транспортных коридоров.

Автомобильные дорога являются также важнейшим элементом в единой транспортной системе страны. Обеспечивая связи населенных пунктов и хозяйственных объектов с железнодорожными станциями, портами, аэропортами, терминалами и создают возможность взаимодействия отдельных видов транспорта в едином транспортном процессе. Недостатки развития автомобильных дорог пагубно отражаются на эффективности функционирования единой транспортной системы, в первую очередь на эффективности перевозок и затрат времени на транспортные операции.

Автомобильные дороги являются не только инженерными сооружениями, обеспечивающими перевозку больших объемов грузов и пассажиров, они становятся средой обитания многочисленных владельцев транспортных средств, создавая необходимые условия для труда и отдыха десятков миллионов граждан. Автомобильные дороги являются материальным воплощением свободы выбора мест жительства, мест приложения труда и отдыха. Они способствуют выработке новых стандартов экономического и социального поведения. Автомо-

бильные дороги являются условием, обеспечивающим исполнение основных конституционных прав граждан России и утверждения либеральных ценностей.

Следует отметить, что влияние автомобильных дорог на развитие экономических и социальных процессов исследовано еще недостаточно. Это является одной из причин недооценки их значимости и неудовлетворительного финансирования. В других развитых странах указанное обстоятельство не мешает пониманию, в значительной степени интуитивному, важности этих путей в развитии общества. Как правило процесс интенсивного экономического развития и повышения уровня жизни населения там сопровождался ускоренным строительством автомобильных дорог.

В настоящее время состояние автомобильных дорог становится одним из серьезных факторов, сдерживающих автомобилизацию в России, развитие автомобильной промышленности и обслуживающих отраслей. Это затрудняет достижение необходимого уровня хозяйственного освоения территорий. Проведенные в этом направлении исследования, показывают, что в населенных пунктах, оторванных от сети благоустроенных дорог, значительно уменьшаются возможности реализации социальных процессов. Указанные факторы влияют на убыль населения в зонах неустроенных дорог.

Протяженность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием почти в 14 раз превышает длину железных дорог и в 7,5 раза - протяженность судоходных путей.

Сеть автомобильных дорог общего пользования представлена совокупностью путей от больших по протяженности (10-20 км), связывающие сельские населенные пункты, часто не имеющих покрытия, до современных капитальных магистралей, обслуживающих интенсивные потоки транспорта по связям крупнейших центров страны, регионов и зарубежные сообщения. Все эти дороги по функциональному назначению делятся на 2 группы:

- региональные дороги, находящиеся в ведении субъектов федерации;

- федеральные дороги, подчиненные федеральным органам власти.

Региональные дороги формируют основную протяженность автомобильных дорог общего пользования (таблица 1). Основное назначение региональных дорог - обеспечение связи населенных пунктов с пунктами и хозяйственными объектами ближайшего окружения, обеспечение выхода населенных пунктов на общую сеть дорог региона. Тем самым эта сеть обеспечивает связи населенных пунктов с важнейшими центрами региона и выхода за пределы региона. Именно эти пути в наибольшей степени характеризуют транспортную освоенность территорий, обеспечивают возможность жизнедеятельности на этих пространствах.

Под региональными автотранспортными системами подразумевается совокупность автомобильных дорог и производственных объектов автомобильного транспорта (автотранспортных предприятия с подвижным составом, вокзалов, терминалов и др.) взаимосвязанных в процессе реализации перевозок на определенных территориях. В данных исследованиях под этим понятием подразумевается, в первую очередь, совокупность автомобильных дорог, которая обеспечивает связность элементов системы и во многом определяет ее границы и особенности. В качестве границ региональных систем автомобильного транспорта в исследованиях подразумеваются границы регионов, сформированных административно субъектов федерации. Хотя можно рассматривать региональные транспортные системы и в более крупных территориальных образованиях, например, административных округов, европейской части России или России в целом.

Таблица 1 - Протяженность дорог в Российской Федерации, общая и по видам, тыс. км

Год Вид 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Автомобильные дороги - всего 898 898 897 871 858 932 963 939 983 1004 1094

в том числе:

общего пользования 589 593 599 601 581 701 747 754 793 825 927

необщего пользования* 308 304 298 270 277 231 216 185 190 179 167

Дороги с твердым покрытием — всего 755 756 745 738 724 754 771 754 776 786 841

в том числе:

общего пользования 537 541 544 546 531 597 624 629 647 665 728

из них:

федерального значения 46 47 46 47 47 47 49 50 50 50 51

регионального или межмуииципального значения 491 495 498 499 484 465 469 456 450 450 452

местного значения 85 107 124 147 164 225

необщего пользования 218 215 200 191 194 157 147 125'" 129 121 113

Федеральные автомобильные дороги представлены наиболее протяженными и капитальными путями, которые формируют каркас единой сети автомобильных дорог страны. Протяженность отдельных дорог составляет несколько сотен, а некоторых более тысячи километров. Они соединяют между собой крупнейшие центры и дают выход на сеть автомобильных дорог соседних государств. Общая протяженность этой сети составляет 51 тысячу километров или 7% от общей протяженности дорог общего пользования, однако по ним реализуется около половины транспортной работы, выполняемой на дорогах общего пользования. Федеральные дороги обслуживают связи важнейших центров и регионов между собой, обеспечивают межгосударственные сообщения, а внутри регионов обслуживают основной объем перевозок по связям с важнейшими центрами.

Высокая интенсивность движения на указанных дорогах, особенно на подходах к крупным центрам, создают ряд острых проблем, отличных от проблем территориальной сети. Эти проблемы определяются во многом несоответствием параметров многих дорог, их обустройства возросшим потокам транспорта и международным требованиям, что приводит к замедлению транспортных потоков, высокой аварийности на ряде участков, отрицательному экологическому воздействию на прилегающие к дорогам жилые зоны. В наибольшей степени указанные проблемы проявляются в населенных пунктах, расположенных на трассе дорог.

Автомобильные дороги являются важнейшим системообразующим элементом автомобильного транспорта. Именно они создают те структуры, которые можно в наибольшей степени относить к территориальным системам автомобильного транспорта. Обеспечивая транспортную доступность населенных пунктов и хозяйственных объектов, они дают возможность их взаимодействия в экономических и социальных процессах на территориях. Это

* С 2006 г. - включая дороги местного значения. До 2006 г. - дороги субъектов Российской Федерации. Без субъектов малого предпринимательства.

взаимодействие реализуется не только непосредственно автомобильным транспортом, но и за счет функционирования систем других видов транспорта, условия для которого во многом обеспечиваются автомобильными дорогами.

С другой стороны, все более возрастает роль автомобильного транспорта как магистрального по обслуживанию важнейших центров страны, регионов и межгосударственных сообщений. Эти функции призвана выполнять сеть федеральных дорог. Мощные потоки транспорта на этих дорогах являются в подавляющей массе транзитными для большинства населенных пунктов, расположенных на трассе. Вместе с тем эти населенные пункты создают для федеральных дорог проблемы по качественному обеспечению дальних сообщений, безопасности и экологической безопасности.

В соответствии с функциональными особенностями федеральных дорог происходит формирование их пространственных структур. Это формирование происходит по пути спрямления дорог по направлениям преобладающих потоков дальних сообщений, вынос трасс магистралей за пределы застройки, упорядочение примыканий местных дорог, создание скоростных магистралей, обеспечивающих движение без помех.

Во второй главе - «Динамическая модель расчета дисконтированных затрат функционально полного набора вариантов реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов» излагается первый научный результат. В главе дается характеристика разработанной модели обеспечивающей сопоставление вариантов развития дорог в зонах населенных пунктов, приводится анализ результатов моделирования, выбор рациональных вариантов и границ их применения.

Проводимая в настоящее время техническая политика реконструкции автомобильных дорог в связи с ростом интенсивности движения не позволяет рассчитывать на достижение указанных целей. Эта реконструкция выполняется в значительной степени по принципу ликвидации наиболее критических ситуаций. В частности создаются обходы лишь наиболее крупных центров, расположенных на трассе, преимущественно городов. Вынос трассы за пределы более мелких поселений обычно не намечается. Имеются примеры прокладки через них трехполосной и даже четырехполосной (без разделительной полосы) дорог. Последние мероприятия все более привязывают дорогу к существующему направлению, бесперспективному в плане повышения скоростей, дальнейшего существенного расширения дорог, кардинального решения вопросов безопасности и экологической безопасности перевозок.

Представляется весьма целесообразным, чтобы в ходе поэтапной реконструкции автомобильных дорог, обусловленной ростом интенсивности движения, в составе МТК постепенно формировались новые скоростные направления с обходом населенных пунктов, соответствующие требованиям международных стандартов для дорог такого класса. При исследовании рациональных подходов развития автомобильных дорог в зонах населенных пунктов была доказана экономическая нецелесообразность развития автомагистралей за счет расширения существующей дороги со сносом строений. В процессе исследований были выработаны варианты обходов населенных пунктов. В качестве альтернативы традиционному короткому обходу населенных пунктов, создающему значительное удлинение трассы, были выдвинуты варианты нового направления, не удлиняющие трассу или увеличивающие ее протяженность в незначительной степени (рисунке 1). При традиционном коротком обходе населенного пункта новые полосы на максимальном протяжении сопрягаются с существующей дорогой (схема варианта, 1). Единая четырехполосная дорога обеспечивает высокие

< N-5 тыс.авт./сут.

Условные обозначения: двухполосная дорога ¡-Ш5;

В^Щ^Ш территория населенного пункта

четырехполосная дорога

граница застроики

| двухполосная существующая

дорога, не используемая для транзита - направление движения

-=====з собирательная дорога для перераспре- N Ютыс авт/с интенсивность движения, деления местных перевозок ' автомобилей в сутки

Рисунок 1 - Схемы вариантов развития автомобильных магистралей в зонах населенных

пунктов

скорости движения, однако, этот вариант создает максимальный дополнительный пробег автомобилей, связанный с удлинением пути. Вариант дальнего обхода населенного пункта всей дорогой (схема варианта, 2) в значительной степени сокращает излишний пробег транспорта, но его реализация связана с повышенными капитальными затратами на длинный четырехполосный обход при исключении из эксплуатации соответствующей протяженности существующей дороги.

Другие четыре варианта (3,4,5,6) максимально используют существующую дорогу для половины движения, а для другой половины потоков формируют новое направление без перепробега (прямой ход) или с небольшим перепробегом (дальний обход). При двустороннем движении по каждому из направлений (3 и 5) скорости транспорта будут ниже, чем на единой четырехполосной дороге, что повышает размер транспортных затрат. При одностороннем движении по каждой из дорог (4 и 6), скорости транспорта будут близки к скоростям четырехполосной дороги.

Сопоставление вариантов развития автомобильных дорог было выполнено на основе моделирования. Моделирование было выполнено для достаточно типичных условий автомобильных дорог, при которых имеется необходимость реконструкции существующей двухполосной дороги под нормативы I технической категории, то есть строительство еще двух полос движения (не считая разделительной полосы). Такая необходимость если и не стоит остро в настоящее время, то, во всяком случае, должна возникнуть на большинстве двухполосных участков главных автомобильных магистралей в ближайшие годы. За рамками модели была доказана нецелесообразность развития автомобильных дорог за счет расширения существующей дороги со сносом строений.

Структуру модели формируют блоки расчета затрат по каждому варианту обхода населенного пункта, блок подготовки исходной информации, блок сопоставления вариантов по величине затрат, блок выбора рациональных вариантов и границ их применения (рисунок 2).

Подготовка показателей для расчета затрат: интенсивности движения, средней скорости потоков, коэффициента по переводу затрат времени автомоби-_лей в денежные затраты, стоимость строительства 1 км дороги_

Расчет суммарных дисконтированных затрат вариантов по километрам отдаленности от

застройки

-і

га

А И Ё

о А

с о ч: 5 Н 8в

(на 1 км отдаленности), на основе грагію-аналитических методов

| Выбор рациональных вариантов, определение границ их применения ~| Рисунок 2 - Схема модели В качестве критерия сравнения вариантов использован показатель суммы дисконтированных затрат (транспортных и капиталовложений). Численные значения принятого критерия являются выходами каждого из блоков расчетов затрат вариантов. Входами этих блоков

являются изменяющиеся по вариантам показатели протяженности различных участков дорог, интенсивности движения, скорости перевозок, влияющие на стоимость транспортных затрат.

Общий алгоритм расчетов вариантов основан на использовании формулы :

р = 1я-Ц.«. 365-М V -1000000

где Р - общая сумма расходов за условный период, млн.руб.; 1п - протяженность пути движения транспорта, км;

Цс - усредненная стоимость одного машино-часа работы автомобиля, руб.; Ы- средняя интенсивность движения, автомобилей в сутки; V- скорость движения, км в час;

Ь — протяженность участка строительства нового направления, км;

К„ - нормативная стоимость строительства одного километра участка дороги, тип и протяженность дороги определяются условиями варианта млн. руб.;

К„ - расходы на обустройство территории, включая компенсацию сноса зданий, хозяйственных строений, перенос коммуникаций, млн. руб.;

М- коэффициент, определяющий соотношения суммы затрат за расчетный срок и затрат одного года эксплуатации, обычно предшествующему вводу объекта в эксплуатацию.

Коэффициент Мопределяется из соотношения -0-, где р1 - эксплуатационные расходы

Р'п

первого года службы реализуемых вариантов дорожного строительства, рп - соответствующие суммарные дисконтированные затраты за расчетный срок, то есть затраты приведенные к году, предшествующему началу эксплуатации, п - расчетный срок.

Расчеты проводились для суммарной интенсивности движения на автомобильной дороге в размере 10 тысяч автомобилей в сутки. Скорости потоков транспорта и стоимость строительства принимались на основе экспертных соображений работников проектных организаций, специалистов по эксплуатации автомобильных дорог, ориентирующихся на аналоговые ситуации с учетом сведений нормативных и литературных источников стоимость машино-часа работы грузовых автомобилей принималась по рекламным объявлениям в Интернете и на основе ограниченного анкетного опроса владельцев легковых автомобилей об их готовности оплатить 1 машино-час, сэкономленный в поездке за счет улучшения дорожных условий.

Суммарные приведенные затраты вариантов рассчитывались для ситуаций последовательного нарастания удаленности точки начала дальнего обхода от границ застройки с шагом 1 км. Для сопоставимости результатов необходимо, чтобы варианты минимального не изменяющегося обхода и прямого параллельного хода рассматривались в одних и тех же пределах удаленности для каждого шага. Затраты дорог на каждом шаге удаленности определяются расчетами стационарной модели на основе предложенного алгоритма. Общий массив результатов расчетов этих стационарных моделей характеризует тенденции изменения затрат в пределах удаленности от 2 до 17 километров от начала застройки.

Расчетами модели была определена динамика изменения затрат вариантов транспортных капиталовложений и общих при возрастании отдаленности от застройки. Вариант 2, имеющий максимальную сумму затрат за счет повышенной величины капиталовложений в строительство дальнего обхода, был исключен из дальнейшего анализа. Для удобства сравнения и наглядности затраты вариантов 3-6 сравнивались с затратами варианта 1. Последний характеризует сложившиеся тенденции обходов населенных пунктов с максимальным ис-

пользованием существующего направления дороги при максимальной величине дополнительного пробега транспорта. Сравнение ставило целью выявление более экономичных путей развития автомобильных дорог по сравнению с традиционными.

Уровень удельных приведеш,« іатраг. млн. руб. «а 1 ш

¡о И !? 15 «і із і? ¡7

Отдаленность си начала застройки, к Общие затраты —Капиталовложения —Транспортные затраты

Уровень удельны* прммяен-нл затрат, мни. руо на 1 си

/Г

7 « 9 10 11 12 13 14 15 16

Одаренность от начала зистрожя, ш —Обцие затраты —<апнг)гоат*ен«я —Траяггортные затраты

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Отдаленность ст начала загройга, км —Общие затраты — - КзгогалоБпежэню) —Транспортные затраты

Уровень удельных приведенных

-14'.«)

3 4 5 6 7 а 3 10 11 12 13 14 15 16 17

ь'шчсішрсті.-.ч кюш -жірАйкя. і

-Общие заггряты --Кятггатовложаиня -—Транспортные затраты

Рисунок 3 - Изменения разницы удельных приведенных затрат вариантов 2,3,4,5,6 и соответствующих затрат варианта 1, млн. руб. на 1 км отдаленности от застройки (0,00 уровень соответствующих категорий затрат варианта 1).

Выполненный предварительный анализ нарастающего шага объема дисконтированных затрат вариантов выявил недостаточную наглядность этого показателя, для использования в динамической модели, особенно в установлении рациональных границ использования вариантов. С учетом этого, в качестве более наглядной величины использован показатель удельных затрат, выражающий отношение общих затрат на каждом шаге расчетов к количеству шагов, то есть к количеству километров отдаленности от застройки. Отличие удельных затрат вариантов от соответствующих затрат варианта 1 приведены на рисунке 3.

Варианты 4 и 6 (с односторонним движением по каждой из дорог) имеют заметные преимущества по затратам над вариантом 1 в зоне, расположенной от застройки преимущественно от 9 до 12 км. Приблизительно в этой же зоне отдаленности имеются преимущества вариантов 3 и 5 над вариантом 1, но отношение ощутимо, чем у вариантов 4 и 6.

Исследуемые варианты нельзя рассматривать как окончательные решения. Они нацелены на перестройку автомобильных дорог под минимальные нормативы I технической категории (четырехполосная дорога), необходимость в которой на ряде участков уже существует, а на других возникнет в ближайшие годы.

В третьей главе - «Иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов по нескольким критериям» излагается второй научный результат. В работе установлено, что одного критерия суммарных дисконтированных затрат мало для обоснованного выбора варианта реконструкции. Помимо затрат по стоимости варианта реконструкции автомобильных дорог существуют еще критерии, которые представлены в таблице 2.

Получение математических выражений по расчетам этих показателей не входило в задачу исследований и будет рассчитываться в дальнейшем.

Соотношения между этими критериями и «критерием капиталовложения, млн.руб. на 1 км» были оценены экспертным путем с использованием метода анализа иерархий.

Суть этой задачи заключается в том, чтобы определить, какие из предложенных вариантов обходов необходимо выбрать при строительстве или реконструкции автомобильных дорог.

Приведем поэтапное применение метода анализа иерархий для решения задачи обоснования рационального выбора вариантов расположения обходов населенных пунктов при строительстве автомобильных дорог. До сих пор этой задаче не уделялось должного внимания - в основном учитывался только финансовый показатель.

На первом этапе применения метода анализа иерархий предусматривается структурирование проблемы в виде иерархии, представленной на рисунке 4.

На втором этапе, после иерархического или сетевого воспроизведения проблемы, устанавливаются приоритеты всех пяти критериев, и оценивается каждая из альтернатив по критериям с целью выявить самую важную альтернативу. Элементы задачи сравниваются попарно по отношению к их воздействию на общую для них характеристику.

Для проведения субъективных парных сравнений используется шкала относительной важности элементов по отношению к общей цели (таблица 3).

Таблица 2 - Критерии, определяющие качество автомобильных сообщений, факторы и мероприятия, обеспечивающие их реализацию

Критерии качества Факторы, обеспечивающие их реализацию Мероприятия

1. Безопасность перевозок 1.1. Улучшение качества дорог в соответствии с требованиями безопасности. 1.1.1. Приведение в соответствие параметров дорог с интенсивностью транспортных потоков. 1.1.2. Создание развязок в разных уровнях с примыкающими и пересекающими путями. 1.1.3. Максимальное разграничение дальних потоков и местного движения. 1.1.4. Вынос трассы из населенных пунктов.

1.2. Контроль за состоянием дорог и движением транспорта. 1.2.1. Создание служб погодного мониторинга на автодорогах с соответствующей информацией дорожных служб и водителей. 1.2.2. Контроль транспортных средств по признакам безопасности в таможенных пунктах, пунктах ГБДД и на трассе с целью предотвращения нарушений безопасности движения.

2. Минимальное время транспортного процесса 2.1. Обеспечение высоких скоростей движения транспорта на автомобильных дорогах. 2.1.1. Развитие автодорог в соответствии с требованиями пункта 1.1.

2.2. Минимизация затрат времени простоя в пунктах технического обслуживания подвижного состава. 2.2.1. Необходимое насыщение пунктами обслуживания до уровня международных стандартов. 2.2.2. Обеспечение необходимого качества обслуживания на основе конкурсных условий предоставления лицензий и контроля за качеством деятельности.

2.3. Минимизация затрат времени взаимодействия автомобильного транспорта с терминалами. 2.3.1. Создание терминалов, основанных на использовании прогрессивных средств механизации деятельности, логистических компьютерных технологиях, прогрессивных средствах связи.

2.4. Уменьшение времени простоев транспорта в таможенных пунктах. 2.4.1. Необходимое оборудование таможенных пунктов, включая дополнительные полосы движения. 2.4.2. Приближение таможенного законодательства к международным нормам. 2.4.3. Совершенствование методов работы таможенных служб с использованием безбумажного документооборота и компьютерных систем. 2.4.4. Стандартизация документооборота в соответствии с международными правилами.

3. Сохранность грузов 3.1. Ликвидация потерь и порчи груза по техническим причинам. 3.1.1. Использование прогрессивных технологических схем перевозок, складирования и погрузочно-разгрузочных операций.

3.2. Создание эффективной защиты от криминальных группировок. 3.2.1. Создание служб по охране грузов с использованием радиосвязи, включая космическую.

4. Минимизация отрицательного воздействия коридоров на окружающую среду, 4.1. Обеспечение экологической безопасности в соответствии с действующими нормами. 4.1.1. Вынос трассы дорог из населенных пунктов на экологически безопасное расстояние. 4.1.2. Обустройство дорог в соответствии с требованиями экологической безопасности. 4.1.3. Контроль транспортных средств по экологическим признакам на таможенных пунктах, постах ГБДД и на трассе.

недеятельности населенных пунктов 4.2. Изоляция транзитных потоков от зон жизнедеятельности населения. 4.2.1. Вынос трассы дорог из населенных пунктов. 4.2.2. Изоляция жилых зон от транзитного движения в случае прохождения дорог через населенные пункты. 4.2.3. Уменьшение количества соединений автомобильных дорог местной сети с магистралями.

ных дорог в зонах населенных пунктов

Таблица 3 - Шкала выявления относительной важности сравниваемых элементов одного уровня иерархии

Степень важности Определение

1 Одинаковая значимость

2 Некоторое преобладание значимости одного фактора перед другим (слабая значимость)

3 Существенная или сильная значимость

4 Очень сильная или очевидная значимость

5 Абсолютная значимость

1.5;2.5;3.5;4.5 Промежуточные значения между соседними значениями шкалы

Обратные величины Если фактору і при сравнении с фактором / приписывается одно из приведенных выше чисел, то фактору / при сравнении с фактором і приписывается обратное значение

В ходе диссертационного исследования экспертами в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем транспорта им. Н.С.Соломенко Российской академии наук было проведено попарное сравнение пяти, указанных на рисунке 4 критериев, между собой. Результаты сравнения, выполненного по рекомендациям таблицы 3, отображены в таблице 4.

Таблица 4 - Матрица парных сравнений для второго уровня задачи. Выявление наиболее актуального критерия для выбора варианта по рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктов

ъ\ Ъ2 ъъ ТА Х5

Ъ\ і 4 2 1 4

ъг 1/4 1 1/2 1/3 2

ъъ 1/2 2 1 2 2

Ъ4 1 3 1/2 1 3

Х5 1/4 '/2 1/2 1/3 1

Отклонение от согласованности может быть выражено индексом согласованности (ИС): ИС = (\тах-п)/(п-1), где Хтах наибольшее собственное значение матрицы суждений, п - число сравниваемых элементов. Для обратносимметричной матрицы А.т(К > п.

Найдем максимальное собственное значение матрицы. Получим У-тах =5,246. Проверим степень согласованности матрицы по формуле ИС = {ктах - п)/(п -1), где п - размерность матрицы (размерность равна 5). Считается, что если ИС не превышает 0,10, то матрица является согласованной, если же это бы было не так, ИС превысила бы значение 0,10, то необходимо было бы попросить эксперта откорректировать матрицу. В нашем случае Ж>0,064. Следовательно, матрица хорошо согласована. Находим собственный вектор матрицы парных сравнений [0,675; 0,205; 0,48; 0,499; 0,149]. Далее находим нормированный собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению матрицы парных сравнений Кг=[0,336; 0,102; 0,239; 0,249; 0,074]Т.

Таким образом, из 5-х показателей 2-го уровня иерархии наиболее важным является безопасность перевозок, затем в порядке убывания минимизация отрицательного воздействия на окружающую среду, на условия жизнедеятельности населенных пунктов, сохранность груза, минимальное время транспортного процесса, капиталовложения.

Далее проанализируем каждый из шести вариантов развития автомобильных дорог с обходами населенных пунктов по критериям второго уровня (таблица 5).

Таблица 5 - Матрицы парных сравнений для выбора рационального варианта

Безопасность перевозок ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6 Уг

ВАРИАНТ 1 1 4 2 2 3 3 0,348

ВАРИАНТ 2 Ул 1 2 2 2 2 0,193

ВАРИАНТ 3 '/4 1/2 1 1 3 3 0,157

ВАРИАНТ4 •А 1/2 1 1 4 4 0,177

ВАРИАНТ 5 1/3 1/4 1/3 1/4 1 1 0,062

ВАРИАНТ 6 1/3 1/4 1/3 1/4 1 1 0,062

Хтах =6,209, ИС = (Х„ах - п)/(п -1)=0,042 собственный вектор матрицы парных сравнений : [0,738; 0,409; 0,334; 0,376; 0,132; 0,132]

Минимальное время транспортного процесса ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6

ВАРИАНТ 1 1 5 2 3 4 3 0,382

ВАРИАНТ2 1/5 1 1 2 2 2 0,155

ВАРИАНТ 3 •А 1 1 1 3 3 0,167

ВАРИАНТ 4 1/3 1/2 1 1 4 4 0,166

ВАРИАНТ 5 % 1/2 1/3 1/4 1 1 0,063

ВАРИАНТ6 1/3 1/2 1/3 1/4 1 1 0,068

К.,=6.392, ИС = (Хтах - п)/(п -1)=0,078 собственный вектор матрицы парных сравнений : [0,79; 0,32; 0,346; 0,343; 0,13; 0,14]

Сохранность грузов ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6 Ут

ВАРИАНТ 1 1 1 2 3 4 4 0,285

ВАРИАНТ 2 1 1 3 3 4 4 0,307

ВАРИАНТ 3 14 1/3 1 1 3 3 0,138

ВАРИАНТ 4 1/3 1/3 1 1 5 5 0,164

ВАРИАНТ 5 '/< 1/4 1/3 1/5 1 1 0,053

ВАРИАНТ 6 'А 1/4 1/3 1/5 1 1 0,053

К^6-21- ИС = (Х„ - »)/(« -1)=0,054 собственный вектор матрицы парных сравнений : [0,598; 0,644; 0,29; 0,345; 0,111; 0,111]

Минимизация отрицательного воздействия на окружающую среду, на условия жизнедеятельности населенных пунктов ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6

ВАРИАНТ 1 1 1/5 1/3 1/3 1/2 1/2 0,058

ВАРИАНТ 2 5 1 3 3 2 2 0,352

ВАРИАНТ 3 3 1/3 1 1 3 3 0,207

ВАРИАНТ 4 3 1/3 1 1 2 2 0,174

ВАРИАНТ 5 2 1/2 1/3 1/2 1 1 0,105

ВАРИАНТ 6 2 1/2 1/3 1/2 1 1 0,105

Х^ =6,264, ИС = (Хтш - „)/(„ -1)=0,053 собственный вектор матрицы парных сравнений : [0,122; 0,746; 0,44; 0,369; 0,222; 0,222]

Составим матрицу из векторов, указанных в правой части таблицы 5 и дополним ее вектором нормированных значений капиталовложений. Помножив эту матрицу на вектор, полученный из таблицы 4, получим вектор, показывающий эффективность каждого варианта развития автомобильных дорог по всем критериям, с учетом стоимости строительства:

0.058 0.166654278"

0.348 0.193 0.157 0.177 0.062 0.062

0.382 0.155 0.167 0.166 0.063 0.068

0.285 0.307 0.138 0.164 0.053 0.053

0.352 0.207 0.174 0.105 0.105

0.173346779 0.16713556 0.162720028 0.167279444 0.162863911

Го. 336" Г0.251І

0.102 0.255

X 0.239 0.249 0.074 0.167 0.171 0.078 0.079

В данной ситуации согласно исследованиям изначально самый затратный вариант 2, получил преимущество перед другими вариантами.

Таким образом, многокритериальная оценка позволила ранжировать варианты реконструкции автомобильных дорог.

Заметим, что данное соотношение приоритетов имеет место только для полученных нами матриц парных сравнений. В случае иных матриц результаты будут другими. Например, если эксперт не будет столь большого значения придавать безопасности перевозок по сравнению с другими критериями, то вариант 1 может оказаться не на втором месте по приоритетности развития автомобильных дорог, а гораздо ниже.

В четвертой главе - «Разработка предложений по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования» излагается третий научный результат. Показано, что с учетом ожидаемого значительного роста парка легковых автомобилей и развития перевозок международных транспортных коридоров в перспективе 10-20 лет

на многих участках магистралей можно ожидать исчерпание возможностей четырехголосной дороги и возникновения необходимости создания еще двух дополнительных полос. А это создает возможность формирования на новом направлении полноценных скоростных дорог, отвечающим самым высоким техническим требованиям. Расчеты показали, что на этой дальнейшей стадии преимущество в затратах предложенных вариантов 3-6 над вариантом традиционного обхода значительно усилятся. Это преимущество обеспечивается практически отсутствием удлинения трассы и возможностью движения с более высокими скоростями, благодаря разделению дальних и местных перевозок. Возможные основные стадии формирования скоростных магистралей приведены на рисунке 5.

................— --—

ШШ --9 — у шш- / /

---

Условные обозначения: Автомобильные дороги: - Двухполосные

Четырехполосные Прочие дороги

ш

Сельхозугодья со строениями

Развязка в разных уровнях

Рисунок 5 - Возможная этапность реконструкции автомагистралей в зонах населенных пунктов

Проведенные исследования обосновали возможность поэтапного формирования новых направлений автомобильных дорог, проложенных в обход населенных пунктов. На промежуточном этапе предлагаемые варианты предусматривают создание на новом направлении двухполосной дороги, которая в дальнейшем явится основой строительства многополосной магистрали. При взаимной удаленности населенных пунктов до 15-18 км новое направление предлагается выполнить в виде хода, параллельно существующей дороге, на экономически безопасном расстоянии от застройки (около 1 км). При более значительном расстоянии между пунктами новое направление предлагается осуществить в виде обхода с удаленностью точки примыкания к существующей дороге от застройки более 10 км. Предложенная конфигурация новых элементов дороги позволит сформировать скоростные магистрали в обход населенных пунктов без существенного увеличения протяженности трассы и без пре-

вышения затрат, определяемых нормативными требованиями увеличения пропускной способности автомобильных дорог.

Анализ характеристик автомобильных дорог показал широкие возможности применение предложенного стратегического подхода.

Таким образом, разработанные в диссертации модели позволяют оценить по различным критериям перспективность предложенных вариантов развития и реконструкции автомобильных дорог в зонах населенных пунктов и формулировать соответствующие рекомендации при разработке и формировании сети автомобильных дорог Российской Федерации. Это в свою очередь будет способствовать улучшению экономических связей как между регионами, странами, так и улучшит условия проживания населения.

В заключении подводится итог проделанной работе, выделяются основные теоретические и практические результаты, а также направления их использования.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены теоретические подходы к решению задач, связанных со строительством обходов населенных пунктов автомобильными дорогами.

2. Разработана модель развития автомобильных дорог, обеспечивающая сопоставление намеченных вариантов развития дорог в зонах населенных пунктов, на основе критерия суммарных дисконтированных затрат.

3. Разработана иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильной дороги вблизи населенного пункта по нескольким критериям.

4. Предложена этапность развития магистралей с созданием в конечной фазе развития четырехполосных скоростных дорог, проложенных в обход населенных пунктов, без существенного превышения протяженности существующих дорог, с разделением дальних перевозок и местного движения.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

а) статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных в перечне ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Шаталова, Н.В. Стратегия долгосрочного развития магистральных автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Транспорт Российской федерации. - 2009. - № 6 - с. 20-22.

2. Шаталова, Н.В. Пути совершенствования перевозок и повышения безопасности автотранспорта / В.И. Куватов, В.А. Онов, Н.В. Шаталова // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2013. - № 2 - с. 96-109.

б) Публикации в международных, всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях:

3. Шаталова, Н.В. Место и роль международных транспортных коридоров в стратегии развития транспортной системы РФ / Н.В. Шаталова // Экономика, менеджемент и управление на автомобильном транспорте: сборник научных трудов Юбилейной (70 лет СЗПИ) научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 2000, с.64-68.

4. Шаталова, Н.В. Вопросы развития международных транспортных коридоров / Н.В. Шаталова // Научно-технический прогресс на транспорте России в XXI веке: сборник научных трудов всероссийской научной конференции: Москва, 2001, с. 69.

5. Шаталова, Н.В. Стратегия развития магистральных автомобильных дорог в составе интермодальных транспортных коридоров / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: сборник научных трудов международной конференции. - СПб: Изд-во СПбГАСУ, 2002 - с.22-25.

6. Шаталова, Н.В. Экологические проблемы автомобильного транспорта и пути их решения при развитии магистральных автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Перспективы развития транспорта России: сборник научных трудов всероссийской конференции. - СПб, 2006, с.36-42.

7. Шаталова, Н.В. Правовые проблемы охраны окружающей среды в развитии сети автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Правовые проблемы охраны окружающей среды: сборник научных трудов международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петербургского университета МВД России, 2007, с. 126-131.

8. Шаталова, Н.В. Проблемы обеспечения планомерного развития сети автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: сборник научных трудов международной научно-практической конференции, -Пермь: Изд-во Пермский государственный технический университет, 2008, с. 70-75

9. Шаталова, Н.В. Государственное регулирование развитием системы магистральных автомобильных дорог: экологический аспект / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Правовые проблемы охраны окружающей среды: сборник научных трудов восьмой международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2008, с. 143-148.

10. Шаталова, Н.В. Вопросы развития платных автомобильных дорог в Российской Федерации / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения: сборник научных трудов международной научно-технической конференции к 30-летию автодорожного факультета Пермского государственного технического университета. - Пермь: Изд-во Пермский государственный технический университет, 16-17 апреля 2009, Том 1, с. 88-92.

11. Шаталова, Н.В. Потребности развития сети территориальных автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2009: сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции. - Москва: Изд-во МИИТ, 2009, с. 30.

12. Шаталова, Н.В. Вопросы дорожной обеспеченности и потребности развития сети территориальных автомобильных дорог / В.П. Федоров, Н.В. Шаталова // Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды: сборник научных трудов международной научно-технической конференции. - Пермь: Изд-во Пермский государственный технический университет, 2010, с. 84-88.

13. Шаталова, Н.В. Вопросы ускорения перевозок и повышения безопасности на магистральных автомобильных дорогах / Н.В. Шаталова // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2010: сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2010, с. 203-209.

14. Шаталова, Н.В. Проблемы дорожной обеспеченности и потребности развития сети территориальных автомобильных дорог / Н.В. Шаталова // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2010: сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2010, с. 209-212.

15. Шаталова, Н.В. Проблемы государственного регулирования сети автомобильных дорог / Н.В. Шаталова // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2011: сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2011, с. 197199.

16. Шаталова, Н.В. Обоснование стратегии развития магистральных автомобильных дорог / Н.В. Шаталова //Транспорт России: проблемы и перспективы - 2011 : сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2011, с. 200-202.

17. Шаталова, Н.В. О факторах, снижающих безопасность на федеральных автомобильных дорогах / Н.В. Шаталова // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: сборник научных трудов международной конференции, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГАСУ, 2012 - с.353-357.

18. Шаталова, Н.В. Концептуальные основы методологии анализа и модернизации транспортного пространства России / О.В. Белый, В.И. Куватов // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2012: сборник научных трудов международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2012, с. 6-11.

19. Шаталова, Н.В. Вопросы повышения безопасности на федеральных автомобильных дорогах / Н.В. Шаталова // Транспорт России: проблемы и перспективы - 2012: сборник научных трудов международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2012, с. 155-158.

20. Шаталова, Н.В. Обоснование стратегии развития магистральных автомобильных дорог в составе транспортных коридоров / Н.В. Шаталова // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: сборник научных трудов международной научно-технической конференции, том 3, Пермь, 2013, с. 478-490.

Подписано в печать 20.06.2013г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ №3133.

Отпечатано в ООО «Издательство "ЛЕМА"» 199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д. 24 тел.: 323-30-50, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@niail.ru http://www.lemaprint.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТРАНСПОРТА ИМ. Н.С.СОЛОМЕНКО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

МОДЕЛИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ

Специальность:

05.22.01 - Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства

на транспорте

04201362244

ШАТАЛОВА Наталья Викторовна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -д.т.н., профессор Куватов В.И.

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 4

ГЛАВА 1. Основные тенденции, проблемы и механизм развития сети автомобильных дорог, определяющие принципы ее стратегического

развития.............................................................................. 12

1.1. Транспортные коридоры как эффективная форма реализации

перевозок регионов и межгосударственных сообщений......... 12

1.1.1. Понятие транспортных коридоров, цели и задачи их создания..................................................................... 12

1.1.2. Особенность транспортных коридоров как систем прогрессивной формы реализации международных перевозок 15

1.2. Место и роль автомобильных дорог в реализации

перевозок транспортных коридоров................................... 22

1.3. Планомерность и регулирование как важнейшие условия рационального развития сети автомобильных дорог.............. 28

1.4. Цели и задачи развития территориальной и федеральной сети автомобильных дорог.................................................... 37

1.5. Особенности и основные проблемы развития автомобильных дорог, затрудняющие реализацию своих главных функций.... 43

1.5.1. Понятие магистральной сети автомобильных дорог и

ее особенности............................................................ 43

1.5.2. Тенденция территориального развития магистральных автомобильных дорог................................................... 46

1.5.3. Вопросы соответствия пропускной способности дорог возрастающим потокам транспорта................................. 49

ГЛАВА 2. Динамическая модель расчета дисконтированных затрат функционально полного набора вариантов реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов........................ 58

2.1. Методологические подходы по рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктов.................... 58

2.1.1. Исследования варианта расширения существующей дороги со сносом населенного пункта............................... 58

2.1.2. Характеристики вариантов прокладки новых участков Автомобильных дорог в обход населенных пунктов............. 62

2.2. Построение модели по сопоставлению вариантов развития автомобильных магистралей.......................................... 67

2.2.1. Цели и задачи моделирования................................. 67

2.2.2. Сравнение вариантов и выбор рациональных на основе анализа результатов моделирования................................. 79

ГЛАВА 3. Иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов по нескольким критериям............................................................. 97

3.1. Особенности применения метода анализа иерархий для выбора рационального варианта модернизации автодорог вблизи населенных пунктов.......................................................... 98

3.2. Применение метода анализа иерархий для выбора рационального варианта модернизации магистрали................... 109

ГЛАВА 4. Разработка предложений по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования 117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................... 124

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................... 126

ВВЕДЕНИЕ

Транспортные системы Российской Федерации и ее регионов являются важнейшей составной частью производственной и социальной инфраструктуры. Обеспечивая территориальную целостность страны, единство экономического пространства, транспортные коммуникации объединяют все регионы, а также являются основой обеспечения внешнеэкономических связей России и ее интеграции в глобальную экономическую систему.

Выгодное географическое положение России на путях между странами Западной Европы и странами СНГ, дальнего зарубежья Азии и Дальнего Востока определяет актуальность разработок по использованию этого важного ресурса [11, 24, 41, 43, 44,100, 109, 116].

Россия имеет все возможности для включения в мировой транспортный процесс. При развитой транспортной инфраструктуре с большим запасом пропускной способности, с учетом промышленного потенциала развития экономики, Россия способна за небольшой промежуток времени увеличить конкурентоспособность своих транспортных путей, которые пролегают по ее огромной территории. При этом необходимо принять во внимание требования и тенденции в транспортной сфере, которые предъявляются к качеству этих путей.

Так же планомерное совершенствование транспортных путей России будет способствовать в будущем и развитию межрегиональных сообщений. Если принимать во внимание размеры территории страны, расположение ресурсных и перерабатывающих баз российской экономики, характер хозяйственных связей и распределение населения по территории страны, становится понятным, что дальнейшее социально-экономическое развитие России в значительной мере будет зависеть от скорости и экономичности межрегиональных сообщений, в том числе и автомобильных.

Увеличение в России транспортных потоков, как внутренних, так и международных, создает особые требования к автомобильным дорогам, без

выполнения которых трудно рассчитывать на успешную конкуренцию с другими международными путями в обход России. Вместе с тем, являясь главными автомобильными дорогами России, магистрали концентрируют более 40% работы автомобильного транспорта на междугородних перевозках внутри страны, и эти перевозки формируют сейчас и будут формировать в будущем основной объем транспортной работы дорог. В связи с этим проблемы усовершенствования главных магистралей страны неотделимы от вопросов общего развития автодорожной сети России.

Стремление многих ученых сбалансировать транспортный потенциал страны с ее экономическими и геополитическими составляющими породило много научных разработок в данном аспекте.

Теоретические и методологические основы изучения и совершенствования транспортных систем были заложены в трудах видных представителей отечественной науки: О. В. Белого [10,14,15], И.В. Кочетова [47], В.А. Персианова [35,39,80], Н.Н.Громова [34,35], В.Н. Луканина [1,2,66], Я.В. Хомяка [115], К.Ю. Скалова [80], Б.И. Шафиркина [129] и др.

Вопросы организации функционирования и развития транспортных систем и отдельных видов транспорта, путей их модернизации, повышения качества транспортного обслуживания исследованы в трудах З.И. Аксенова [3], В.Н. Бугроменко [18], В.Г. Галабурды [39], H.H. Громова [34,35], О.Н.Ларина [56,57,58,59], B.C. Лукинского [67,72], C.B. Милославской [70], Л.Б. Миротина [71], Ф.С. Пехтерева [55], С.М. Резера [85,86] и других ученых.

Системному анализу решения транспортных проблем посвящены труды H.A. Троицкой [108,109], В.А. Першанова [81], В.М. Беляева [16], В.Е. Деружинского [37], И. Батищева [11], А.Корнеева [11], Е.И. Павлова [79], А.Г. Гранберга [32,33] и др.

Изучению вопросов математического моделирования транспортных потоков, процессов и систем посвящены работы Н.П. Бусленко [20], В.В. Во-

робьева [27], Б.Л. Геронимуса [31], Персианов В. А. [80], В.В. Сильянова [42,83,96,101,107] и других ученых.

Современным проблемам развития транспортной системы страны посвящены работы ученых Е.М. Лобанова [76], К.И. Плужникова [70], В.И.Куватова [10,48,49,125], В.Н.Ложкина [61,62,63,64,65], Ю.Г. Лазарева [52,53,54], Л.Б. Миротина [71], В.Г. Галабурды [29], О.Н.Ларина [56,57,58,59], В.Н. Бугроменко [18] и др.

Развитие рыночных отношений и смена государственной собственности в стране не исключили необходимости государственного управления различными сферами государственного управления различными сферами социально-экономической жизни общества. В сфере автомобильных дорог, финансирование развития которых выполняется из государственных и региональных источников эта необходимость сохраняется также остро, как и в период плановой экономики. Потребность в высоком качестве государственного управления развитием проявляется особенно остро на магистральных автомобильных дорогах, стоимость строительства которых достигает нескольких миллионов долларов США, а роль в обеспечении автомобильных сообщений особенно велика. Высокая стоимость строительства дорог вызывает необходимость в обоснованной стратегической политики рационального рас-ходывания этих средств, основанной на сочетании качественных решений задач сегодняшнего дня, ближайшей перспективы и достижения поставленных целей развития на отдаленную перспективу. Существующие тенденции развития автомобильных дорог свидетельствуют о наличии серьезных проблем в их развитии и управлении этим процессом. Это негативно сказывается на качестве работы транспорта, на условиях проживания населения в этих зонах и создает значительные трудности устранения этих проблем в перспективе. Это не позволяет рассчитывать на то, что в перспективе будут сформированы скоростные магистрали, в соответствии с международными стандартами и требования работы международных транспортных коридоров, хотя бы на важнейших направлениях коридоров. Все это обуславливает необходимость

обоснования принципиальных подходов такой политики, включающих определенные цели развития и принципиальных путей их достижения.

Настоящая работа направлена на повышение качества управления развитием важных элементов единой транспортной системы страны, она призвана способствовать совершенствованию долгосрочного планирования развития автомобильных дорог и международных транспортных коридоров, улучшению их организации.

Вопросам рационального развития автомобильных дорог и автодорожной сети посвящено значительное количество публикаций отечественных и зарубежных ученых. В наибольшей степени эти публикации связаны с различными аспектами развития сети автомобильных дорог (техническими, социальными, экономическими). Математические методы оптимизации начертания автодорожных сетей получили проработку у нас в шестидесятых-семидесятых годах в трудах В.А. Паршиковой и Г.А. Полякова, Б.А. Волкова и в более поздний период в трудах Я.В. Хомяка [115]. Особенности транспортных скоростных магистралей и необходимость их развития рассматривались в трудах Д.П. Великанова, В.Ф. Бабкова [6,7,8,9], В.В. Сильянова [42,83,96,101,107]. Выбор вариантов решений по скоростям движения транспортных потоков на дорогах на основе моделирования транспортных потоков получили проработки в трудах В.В. Сельянова [42,83,96,101,107], В.М. Еремина и Л.И. Муравьева, В.И. Куватова [10,48,49,125]. Отдельные аспекты развития автомобильных магистральных дорог вблизи крупнейших центров рассматривались в работах П.В. Анисимова [5,6], В.Н.Ложкина [61,62,63,64,65], Ю.Г. Лазарева [52,53,54] и других ученых. Пропускная способность дорог исследовалась в трудах В.Н. Анохина, В.В. Сельянова и других.

Вместе с тем, следует отметить, что существующие методы решения задачи выбора рационального варианта, не позволяют рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги и ранжировать варианты по совокупности основных показателей эффективности. Это

затрудняет формирование долгосрочной политики развития магистральных дорог, практические шаги реализации которой необходимо закладывать уже в настоящее время.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научная задача разработки научно-методического аппарата выбора рационального варианта развития существующей сети, решению которой и посвящена настоящая диссертация.

Все вышеизложенное послужило основанием для выбора темы диссертационного исследования, формулировки его цели и задач.

Цель диссертационного исследования: разработка моделей выбора рациональных вариантов развития автомобильных дорог, обеспечивающих повышение эффективности управления развитием транспортных сетей.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи:

выполнен анализ особенностей и проблем развития автомобильных дорог с учетом требований работы транспортных коридоров;

разработаны методологические подходы к рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктов;

разработана модель сопоставления вариантов развития автомобильных дорог в зонах влияния населенных пунктов на основе суммарных дисконтированных затрат;

разработана иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог в зонах населенных пунктов по нескольким критериям;

разработаны предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Объект исследования - автомобильные дороги транспортных коридоров.

Предметом исследований являются модели, направленные на рациональное развитие автомобильных дорог транспортных коридоров в зонах на-

селенных пунктов с учетом международных требований и потребностей качественного обеспечения внутренних и внешних сообщений регионов.

Методы исследования. Поставленные задачи исследования обуславливают комплексность методологии исследования. В связи с этим при разработке основных положений диссертационной работы использовались методы исследования, основанные на методах расчета эффективности инвестиционных проектов, математическом моделировании, методах обработки статистической информации, методах решения многокритериальных задач.

В процессе выполнения диссертационного исследования использованы следующие основные источники информации: труды отечественных и зарубежных ученых по теме диссертационного исследования; справочно-информационные и энциклопедические материалы; нормативные документы; материалы научно-практических конференций; ресурсы сети Internet; сведения статистической отчетности Федеральной службы государственной статистики (в том числе, электронные базы данных).

В ходе работы над диссертационным исследованием получены следующие научные результаты:

1. Динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат функционально полного набора вариантов реконструкции автомобильной дороги вблизи населенных пунктов.

2. Иерархическая модель выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов по нескольким критериям.

3. Предложения по стратегии развития автомобильных дорог с использованием результатов моделирования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработанная динамическая модель расчета суммарных дисконтированных затрат позволяет, в отличие от существующих, рассчитать величину затрат на каждый вариант реконструкции автомобильной дороги в зави-

симости от удаления границы застройки и обеспечивает удобное сопоставление вариантов по тенденциям изменения затрат.

2. Созданная модель многокритериального выбора варианта реконструкции автомобильных дорог позволяет, в отличие от существующих, совместить результаты аналитического расчета суммарных дисконтированных затрат на реализацию различных вариантов реконструкции автомобильных дорог с экспертными оценками других показателей эффективности. Ранжирование вариантов показывает, чем необходимо руководствоваться при выборе варианта реконструкции автомобильных дорог.

3. Впервые был сформирован функционально полный набор вариантов реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов и оценена приоритетность каждого из вариантов с учетом важности различных показателей эффективности.

Практическая значимость работы и полученных результатов определяется необходимостью привлечь внимание научной общественности и руководящих работников транспорта к серьезным проблемам, связанным с развитием автомобильных дорог. Разработанные в диссертации модели и методы ориентированы на практическое применение и расширяют возможности по оценке результатов функционирования автотранспортной сети и обоснованию проектов ее реконструкции и развития в целях повышения эффективности транзитных сообщений. Результаты исследований могут быть использованы для формирования стратегии развития автомобильных дорог Министерством транспорта, федеральными и региональными дорожными службами. Принципы моделирования могут применяться в предпроектной практике с необходимой поправкой на конкретную ситуацию.

Достоверность основных положений исследования обеспечена корректной постановкой задач и проведением исследования, применением системного подхода при анализе предметной области, использованием современных расчетных методов, корректным использованием расчетных данных и согласованностью полученных результатов с результатами работ других

исследователей. Достоверность научных результатов подтверждается апробацией основных положений диссертации.

Обоснованность нау�