KURZUS: Közforgalmú közlekedés I.

MODUL: IV. modul: A városi tömegközlekedés

9. lecke: Hálózattervezés

| Tanulási útmutató
Tanulási célok
A lecke feldolgozása után Ön képes lesz:
saját szavaival meghatározni a hálózat kialakítás megvalósításának elveit; saját szavaival meghatározni a hálózat tervezés két módszerének alapelveit; felsorolni a tömegközlekedési hálózattal szembeni általános követelményeket; felsorolni a hálózat kialakítás egy-egy szélsőséges megoldását; felsorolni a hálózat tervezés megközelítési módszereit; saját szavaival meghatározni a körzetszám és városnagyság tipikus arányait; saját szavaival meghatározni a körzetközpont szerepét a tervezésben; saját szavaival meghatározni az úthálózati modell matematikai megvalósításának módját; felsorolni városszerkezet alapján történő hálózattervezés alapelveit; felsorolni az úthálózati modell gráf jellemzőit; felsorolni a tervezés alapjául szolgáló célforgalmi mátrix meghatározásának lépéseit; saját szavaival meghatározni az utasforgalmi mátrix szerepét a tervezésben; felsorolni az utasforgalmi mátrix elemeit; saját szavaival meghatározni a célforgalom ráterhelése az úthálózatra lépés célját és eredményét; felsorolni az utasáramlási adatok alapján történő hálózattervezés lépéseit; felsorolni tömegközlekedési hálózati változatok előállításának feltételeit; felsorolni a körzetbeosztás és úthálózati modell készítése elveit; kiválasztani a lehetséges vonalak számát meghatározó matematikai összefüggést; saját szavaival meghatározni a racionális hálózati változat fogalmát; saját szavaival meghatározni a változatok értékelésének módját; felsorolni az utasok összes eljutási idejének alkotóelemeit; kiválasztani a járművön töltött idő, az átszállási idő és a járműre való várakozás idejét meghatározó matematikai összefüggést; saját szavaival meghatározni a járművön töltött idő, az átszállási idő és a járműre való várakozás ideje fogalmakat; kiválasztani az összes eljutási időt és a fajlagos eljutási időt meghatározó matematikai összefüggést; saját szavaival meghatározni az összes eljutási idő szerepét a tervezésben; saját szavaival meghatározni az összes eljutási idő minősítésének a módját.
Tevékenységek
Olvassa el a kurzus 9. leckéjét! Határozza meg a hálózat kialakítás megvalósításának elveit! Határozza meg a hálózat tervezés két módszerének alapelveit! Sorolja fel a tömegközlekedési hálózattal szembeni általános követelményeket! Sorolja fel a hálózat kialakítás egy-egy szélsőséges megoldását! Sorolja fel a hálózat tervezés megközelítési módszereit! Határozza meg a körzetszám és városnagyság tipikus arányait! Határozza meg a körzetközpont szerepét a tervezésben! Határozza meg az úthálózati modell matematikai megvalósításának módját! Sorolja fel városszerkezet alapján történő hálózattervezés alapelveit! Sorolja fel az úthálózati modell gráf jellemzőit! Sorolja fel a tervezés alapjául szolgáló célforgalmi mátrix meghatározásának lépéseit! Határozza meg az utasforgalmi mátrix szerepét a tervezésben! Sorolja fel az utasforgalmi mátrix elemeit! Határozza meg a célforgalom ráterhelése az úthálózatra lépés célját és eredményét! Sorolja fel az utasáramlási adatok alapján történő hálózattervezés lépéseit! Sorolja fel tömegközlekedési hálózati változatok előállításának feltételeit! Sorolja fel a körzetbeosztás és úthálózati modell készítése elveit! Válassza ki a lehetséges vonalak számát meghatározó matematikai összefüggést! Határozza meg a racionális hálózati változat fogalmát! Határozza meg a változatok értékelésének módját! Sorolja fel az utasok összes eljutási idejének alkotóelemeit! Válassza ki a járművön töltött idő, az átszállási idő és a járműre való várakozás idejét meghatározó matematikai összefüggést! Határozza meg a járművön töltött idő, az átszállási idő és a járműre való várakozás ideje fogalmakat! Válassza ki az összes eljutási időt és a fajlagos eljutási időt meghatározó matematikai összefüggést! Határozza meg a az összes eljutási idő szerepét a tervezésben! Határozza meg az összes eljutási idő minősítésének a módját.
A feldolgozáshoz szükséges idő: 55 perc olvasás, tanulás, 20 perc önellenőrzés.
Tananyag
A városi autóbusz-hálózatok kialakítása bonyolult kérdés, amelynél sokféle szempontot kell figyelembe venni.
Általános követelmények a hálózattal szemben:
feleljen meg az utasáramlatoknak, az utasok nagy része számára átszállásmentes eljutást tegyen lehetővé, biztosítsa a közlekedési eszközök megfelelő kihasználását, a gazdaságos üzemvitelt.
A hálózat kialakítására két szélsőséges megoldási lehetőség kínálkozik. Egyrészt minden utasáramlatra létesíthetünk külön vonalat, ezáltal minden utas számára megteremtjük az átszállás nélküli utazás feltételét. Ilyen megoldás mellett a járművek kihasználása nem biztosítható, mivel valamilyen minimális járatsűrűséget minden vonalon biztosítani kell. Másrészt eljárhatunk úgy, hogy a vonalakkal nem követjük az áramlások irányait, hanem minden útszakaszon az ott megjelenő forgalomnak megfelelő kapacitással csak egy vonalat közlekedtetünk.
Ily módon kevés vonalunk lesz, amelyeken a járműkapacitás kihasználását megfelelő szinten lehet tartani, ugyanakkor az utasok nagy része átszállásra kényszerül. Nyilvánvaló, hogy gyakorlatban a két szélsőséges változat között kell a megoldást kialakítani.
A hálózattervezési munkát kétféle megközelítési móddal végezhetjük el. A hagyományos hálózattervezés nem kívánja meg az utasáramlatok pontos ismeretét, a vonalakat a városszerkezet alapján, a főbb forgalomvonzó illetve forgalomkeltő létesítmények helyét figyelembe véve jelöli ki.
A korszerű módszerek pontos utasáramlási adatokon alapulnak, és a hálózatot számításos eljárás révén alakítják ki. A gyakorlatban sokszor előfordul, hogy a közlekedés tervezője nem rendelkezik pontos utasáramlási adatokkal - mivel ezeknek megszerzése igen munkaigényes és költséges - ezért sokszor alkalmazzák a hagyományos módszert, amellyel különösen kisebb városokban lehet jó eredményt elérni. Az egyszerűbb városszerkezet, a viszonylag kisszámú forgalomkeltő és -vonzó létesítmény mellett könnyebb ugyanis megtalálni a racionális vonalhálózatot. Nagyvárosban a megfelelő eredményhez fejlettebb módszerek szükségesek.
Hálózattervezés városszerkezet alapján
Amennyiben a városszerkezetből indulunk ki, a következő alapelveknek megfelelően írhatunk el. Autóbuszvonalak létesítésével általában biztosítani kell:
a lakóterületek és a városközpont, a lakóterületek és az iparterületek, a városközpont és az iparterületek, a lakóterületek egymás közötti, a több alközpont egymás közötti, az alközpontok és a vonzáskörzetükbe tartozó lakóterületek
közvetlen összeköttetését.
A városszerkezet adottságai szabják meg, hogy a fenti lehetőségek közül melyiket alkalmazzuk. Az alábbiakban bemutatunk néhány városszerkezeti alaptípust, a hozzátartozó autóbusz-hálózattal.
a) A város jellemzői
A város koncentrikus kör alakban helyezkedik el, városközpont a centrumban van, a városközpont területe nem haladja meg az 1 km2-t, ipari üzemek és egyéb forgalomvonzó létesítmények a központban vannak.
Autóbusz-hálózat:
Rövid, sugaras vonalak, végállomás a városközpontban és a lakott területek határán. A vonalak a fő utasáramlatok irányait követhetik.
b) A város jellemzői
A városmag területe meghaladja az 1 km2-t, a városközpontnak saját belső utazási szükségletei is vannak. Általában 100.000 lakos felett jellemző, illetve akkor a ha a városközpont elnyújtott.
Autóbusz-hálózat:
A központon keresztülhaladó átlapolt vonalak, több decentralizált végállomás a központi városmag külső részén. Az átlapolt hálózati rendszer révén a vonalak jelentős része a városközpont határáról indul, azon áthaladva az ellenkező városszélig biztosítja az utazási lehetőséget.
c) Városjellemző
Az iparterület nem a központban, hanem a város szélén helyezkedik el.
Autóbusz-hálózat:
Ha az iparterület vonzási köre az egész városra kiterjed, transzverzális vonalakkal lehet a város különböző részeivel az összeköttetést megteremteni. Ha az utazási igények csak a munkakezdési, illetve végzési időpontokban jelentkeznek, ezek a vonalak lehetnek időszakos vonalak is. Ha a vonzóerő gyenge, egyes helyekről csak kevés utas jelentkezik, akkor az iparterület városközponttal történő összeköttetése indokolt, ahova a város egyéb részeiből sugaras hálózaton lehet eljutni.
d) Városjellemző
A város külső övezeteiben nagy laksűrűségű lakóterület jön létre. A mai városépítési gyakorlatban jellemző, hogy az új lakótelepek a város szélén épülnek, mivel itt kevesebb szanálásra van szükség.
Autóbusz-hálózat:
A lakótelepet a városközponttal és a munkahelyekkel kell összekötni, valamint ki kell elégíteni a lakótelep belső közlekedési szükségletét is. A városközponttal mindenképpen indokolt közvetlen vonalat létesíteni, az iparterület irányában csak akkor, ha koncentrált iparterület van.
Kevésbé koncentrált ipar és munkahelyek esetén ezek elérése a lakótelepről a városközponton keresztül átállással történhet. A lakótelep belső utazási szükségleteit az említett vonalak megfelelő vezetésével szolgálhatjuk ki, külön vonal létesítése erre a célra általában nem indokolt.
A felsorolt típusok általában összefonódva jelentkeznek, így a vonalhálózat is a többféle alapeset kombinációjaként alakulhat ki.
Hálózattervezés utasáramlási adatok alapján
Nagyvárosokban bonyolult úthálózat és differenciált utasáramlatok esetén a hálózat kialakítására olyan sok változat kínálkozik, hogy a városszerkezetből kiinduló módszer alkalmazása a hálózattervezésben nem jelent kellő támpontot. A feladat megoldására alkalmas módszerek néhány éve alakultak ki csupán és lényegében még kísérleti stádiumban vannak. A hálózattervezés bonyolultsága, összetettsége következtében közvetlen megoldást biztosító, általános érvénnyel alkalmazható módszer nem létezik, az eddig kidolgozott eljárások alapelve az, hogy változatot állítanak elő, és azok értékelésével kiválasztják a legkedvezőbbet.
A módszer a következő lépésekből áll:
körzetbeosztás és úthálózati modell készítése, a tervezés alapjául szolgáló célforgalmi mátrix meghatározása, a célforgalom ráterhelése az úthálózatra, tömegközlekedési hálózati változatok előállítása, a változatok értékelése.
a) Körzetbeosztás és hálózati modell
Az utasáramlatokat a kezelhetőség szempontjából célszerű leegyszerűsíteni. Az egyszerűsítés a város területének körzetekre osztása révén érhető el, így a figyelembe veendő relációk száma csökken.
A városi terület körzetekre osztásánál figyelembe veendő alapelvek:
minden körzet rendelkezzen közlekedési hálózattal, egy körzet területe lehetőleg ne haladja meg a 2,5 km2-t, a természeti akadályok (vasút, folyó stb.) a körzet határát képezzék, az átszállóhelyek külön körzeteként szerepeljenek, a körzetek határai ne essenek közel a nagy forgalmú megállóhelyekhez, a nagy létszámot foglalkoztató üzemekhez, a körzetek határait általában olyan utcák jelentség, amelyeken nincs tömegközlekedés, a körzetek határai nem keresztezhetik a házakat, üzemek területét.
A szükséges körzetek száma a városnagyságtól függ, nagyjából egy 100.000 fős város mintegy 40, a 3-5 milliós város kb. 500 körzetre osztható.
Minden körzetre vonatkozóan ki kell jelölni egy körzetközpontot. A továbbiakban a modellezés során ez a körzetközpont reprezentálja a körzetet, mintha minden az adott körzetet érintő utazás ebből a pontból indulna, illetve ide érkezne.
Az úthálózati modell egy gráf, amelynek a csomópontjai a körzeteket (körzetközpontokat) jelölik, az élei pedig a körzetek közötti lehetséges tömegközlekedési útvonalakat (pl. autóbusz esetén a busszal járható közutakat) reprezentálják. Az élekre vonatkozóan meg kell határozni a rájuk vonatkozó távolságokat és menetidőket.
b) A tervezés alapjául szolgáló célforgalmi mátrix meghatározása
A körzetek közötti utazási igények utasszámlálással, felméréssel állapíthatók meg. Az igényeket utasforgalmi mátrixban rögzíthetjük, amelynek sorait és oszlopait a körzetek képezik. A hálózattervezést a napi összes utazás helyett célszerűbb a domináns csúcsidőszakok alapján végezni, ennek megfelelő utazásokat kell az utasforgalmi mátrixban szerepeltetni.
c) A célforgalom ráterhelése az úthálózatra
Ennek a ráterhelésnek az a célja, hogy megismerjük, milyen útvonal volna a legkedvezőbb a célforgalmi mátrixban szereplő utasáramlatok számára. Ezt a szakaszt "bázis ráterhelésnek" is nevezik. A ráterhelés ebben a lépésben a legrövidebb utakra történik. Eredményül adódik az úthálózat egyes szakaszain (a körzetek között) az áthaladó forgalom nagysága utasszámban. Célszerű az eredményt grafikusan, sávos ábrán megjelenítési, mert ez megkönnyíti az eredmények értelmezését.
d) Tömegközlekedési hálózati változatok előállítása
Az autóbuszvonalak kijelölésére igen sok lehetőség kínálkozik, hiszen elvileg mindegyik körzet lehet valamilyen vonal kiinduló, illetve végállomása.
A lehetséges vonalak számát m körzet esetén az
n= m( m−1 ) 2
képlettel határozhatjuk meg. Mivel a lehetséges vonalak többféle kombinációval alkothatnak hálózatot, a lehetséges hálózati változatok száma ennél jóval magasabb. Valamennyi lehetséges változat előállítása és értékelése nem lehetséges, ezért ún. racionális hálózati változatokat dolgoznak ki.
Racionálisnak olyan lehetséges változatot nevezünk, amely megfelel a hálózattal szemben támasztott néhány feltételnek. A feltételek helyes megválasztásával elérhető, hogy extrém, nyilvánvalóan ésszerűtlen változatok kidolgozására és értékelésére sor ne kerüljön.
Ilyen feltétel lehet:
egyes körzetekben nem lehet végállomás, megszabhatjuk egy vonal minimálisan és maximálisan megengedhető hosszát, meghatározhatjuk az egy vonalon megengedhető maximális menetidőt.
A feltételek betartásával az összehasonlítandó viszonylati rendszerek száma csökken.
A változat kialakításánál az elvégzett ráterhelés eredményei döntő szerepet játszanak. Célszerű arra törekedni, hogy a tervezett vonalak közel azonos terhelésű szakaszokat tartalmazzanak, mert ezzel biztosítható a járművek egyenletes kihasználása.
e) A változatok értékelése
A változatok értékelése az utasok összes eljutási idejének (rá- és elgyaloglás nélkül számítva) kiszámításával történik. Legkedvezőbbnek azt a változatot tekinthetjük, amelyben ez az összes helyváltozatásra fordított idő a legkisebb. Az eljutási idő a járművön töltött időből, az átszállási időből és a járműre való várakozás idejéből tevődik össze, (a rá- és elgyaloglási időket figyelmen kívül hagyjuk).
A járművön töltött időt a következőképpen számíthatjuk:
T u = ∑ i=1 m ∑ j=1 m t u i j u i j
tuij = i és j körzet közötti menettartam uij = i-ből j-be utazók száma m = körzetek száma
Az átszállásra fordított idő:
T á = ∑ i=1 m ∑ j=1 m t p i j ⋅ f i j + ∑ i=1 m ∑ j=1 m t i j ⋅ t á
tpij = átszállási idő i és j között fij = átszállók száma i és j között tá = az átszállás kényelmetlenségének időegyenértéke (pl. 2 perc)
Az átszállítási idő kiszámításához minden átszállóhelyre meg kell adni a vonatkozó tpij értékét, amelynek nagysága a csatlakozó megállóhelyek távolságától és elhelyezésétől függ. Szokásos, hogy az átszállás miatt kényelmetlenséget is figyelembe veszik oly módon, hogy átszállásonként az eljutási időt 2-5 perccel megnövelik, kifejezve azt, hogy az utasok számára egy átszállás nélküli utazás akkor is előnyösebb, ha néhány perccel tovább tart.
A várakozási idők kiszámításához először meg kell határozni a vizsgált vonalhálózat egyes vonalain átutazó utasok számát. Ez úgy történik, hogy az utasforgalmi mátrixban szereplő utasáramlatokat azokra a viszonylatokra terhelik, amelyek az adott áramlat számára a legrövidebb eljutási időt teszik lehetővé. Az egyes vonalak utasszámának ismeretében meghatározzák a követési időket, a következő képlet segítségével:
I k = F h ⋅α⋅T U m
Ik = a k-adik vonal követési időköze Um = a számításba vett mértékadó utasszám T = az időszak hossza percben Fh = az autóbusz férőhely kapacitása α = a számításba vett férőhely kihasználási mutató
Az egyes utasok várakozási idejét kissé leegyszerűsítve az adott vonal követési idejének felével vehetjük egyenlőnek Az összes várakozási idő a hálózaton:
T v = ∑ k=1 a I k 2 U k
Uk = a k-adik vonalon utazók száma, tartalmazza az átszállókat is Ik = a k-adik vonal követési időköze s = a vonalak száma
Az összes eljutási idő:
T E = T u + T á + T v
A fajlagos eljutási idő
t e = T E U
A TE értéket minden megvizsgált hálózati változatra kiszámítják, legkedvezőbb az a változat, amelynél TE értéke a legkisebb. A fenti ismertetés a módszer legfontosabb jellemzőire terjed ki csupán, a hálózati változatok kidolgozása és az értékelés a gyakorlatban sokkal bonyolultabb számításokkal történik. A módszer a kiválasztás kritériumaként egyedül az eljutási idő nagyságát veszi figyelembe, az alkalmazott képletek ugyanakkor biztosítják azt, hogy a járművek kihasználása megfelelő legyen, mivel a járatsűrűséget az utasszám alapján határozzák meg. Azok a vonalak, amelyeken gyenge forgalom bonyolódik, ily módon azért maradnak ki az optimális hálózatból, mert a kis forgalom mellett kialakuló nagy követési időközök hosszú várakozási időt eredményeznek, ami a változat értékelési mutatóját rontja. Vannak olyan módszerek is, amelyek a járatsűrűségnek valamilyen minimális értékét kiinduló feltételnek tekintik, ezekben a módszerekben a hálózat értékelését a szükséges járműmennyiség, a járművek kihasználtságának szempontjából is elvégzik.

| Önellenőrző kérdések
Olvassa el figyelmesen az alábbi feladatokat, majd a lecke tartalma alapján oldja meg őket!
1. Egészítse ki a következő mondatot! Általános követelmények a hálózattal szemben: - feleljen meg az , az utasok nagy része számára eljutást tegyen lehetővé, - biztosítsa a közlekedési eszközök megfelelő , a üzemvitelt.
2. Egészítse ki a következő mondatot! A hálózattervezési munka megközelítési módjai a tervezés és a módszerek alkalmazása.
3. Egészítse ki a körzetbeosztás és hálózati modell lépésre vonatkozó mondatokat! Az a kezelhetőség szempontjából célszerű leegyszerűsíteni. Az egyszerűsítés a város területének osztása révén érhető el, így a figyelembe veendő relációk száma .
4. Válassza ki a szükséges körzetek számát egy 3-5 milliós város esetén!
| kb. 40 körzet
| kb. 100 körzet
| kb. 500 körzet
| kb. 1000 körzet
| kb. 2000 körzet
5. Egészítse ki a következő két mondatot! Minden körzetre vonatkozóan ki kell jelölni egy . A továbbiakban a modellezés során ez a körzetközpont reprezentálja a , mintha minden az adott körzetet érintő utazás ebből a pontból , illetve ide .
6. Egészítse ki a következő két mondatot! Az úthálózati modell egy , amelynek a csomópontjai a (körzetközpontokat) jelölik, az pedig a körzetek közötti lehetséges tömegközlekedési útvonalakat (pl. autóbusz esetén a busszal járható közutakat) reprezentálják. Az élekre vonatkozóan meg kell határozni a rájuk vonatkozó és .