Публикации

Технико-экономическое обоснование внедрения систем адаптивного управления дорожным движением на магистралях (г. Нижний Новгород)

 

к.э.н. Сухоченков А.С.,
д.т.н. Бродский Г.С.,
Грибов В.Г.,
Дельфинов В.Г.

Технический смысл систем адаптивного управления дорожным движением (АдСУ ДД) состоит в наиболее полном учете транспортных потребностей на всех направлениях пересечения. Удлиняя время горения зеленого сигнала светофора на направлениях движения, где транспортная потребность максимальна, можно добиться снижения комплексной задержки транспортных средств (ТС) в условиях насыщенного движения, уменьшения количества остановок транспорта в незагруженные часы, общего увеличения пропускной способности перекрестка и скорости движения по улично-дорожной сети (УДС).

Результатом внедрения АдСУ ДД должно являться качественное изменение основных параметров работы светофорных объектов (СО), которое в свою очередь приводит к изменению затрат, несомых потребителями (участниками дорожного движения) при эксплуатации транспортной инфраструктуры. Конкретно изменяются (согласно ГОСТ 24.501-82):

  • объем топлива, расходуемого на СО;
  • транспортная задержка (время, которое тратится участником дорожного движения (УДД) на перекрестке);
  • эксплуатационные расходы (затраты, которыми сопровождается пользование УДД светофорным объектом).

Основные параметры работы СО могут быть выражены денежно:

  • затраты на топливо, руб./год;
  • стоимость человеко- и машино-часа, руб./год;
  • затраты на эксплуатацию транспортного средства (ТС), руб./год.

Экономический эффект от внедрения АдСУ ДД может быть представлен в виде изменения затрат на создание АдСУ ДД по отношению к затратам возникающим без реализации проекта с учетом фактора времени.

Экономический эффект в данном случае возникает на уровне УДД и региональном уровне и представлен в виде экономии времени УДД, средств на топливо и содержание автомобиля, а так же сокращения выбросов газов в атмосферный воздух города.

При разработке технико-экономического обоснования внедрения АдСУ ДД на магистралях г. Нижний Новгород рассмотрено три варианта пилотных проектов:

  • 9 перекрестков, находящихся на одной магистрали;
  • 13 перекрестков, находящихся на одной магистрали;
  • 9 перекрестков, не находящихся на одной магистрали и расположенных в различных частях города.

Для каждого СО составлена модель TRANSYT-7FR. В связи с недостаточностью данных, связанной с отсутствием развитой системы мониторинга транспортных потоков в г. Нижний Новгород, исходными данными для составления моделей являлись:

  • исполнительная документация, предоставленная Департаментом транспорта и связи г. Нижнего Новгорода;
  • результаты экспертной оценки интенсивностей транспортных потоков;
  • данные транспортного мониторинга аппаратными средствами на ул. Мурашкинская и ул. Должанская (рис.1).

С использованием средств компьютерного моделирования TRANSYT-7FR были определены «базовые» (до внедрения системы) значения следующих показателей эффективности для каждого СО:

  • затраты у потребителя при эксплуатации СО, руб./год.;
  • потери машинного времени на СО, маш-час./час;
  • объемы используемого топлива на СО, лит./час.

Проведен оптимизационный расчет средствами TRANSYT-7FR. Оптимизируемыми параметрами в данном случае являлись:

  • продолжительность цикла, сек.;
  • продолжительность каждой фазы сек.;
  • последовательность фаз;
  • смещение, сек. (если было возможно).

Целевая функция оптимизации была представлена в виде минимизации общих неблагоприятных условий для движения транспорта (таких как повышенный расход топлива, прирост очереди, эксплуатационные расходы, суммарная задержка транспортных средств (ТС) на СО).

В результате оптимизационного расчета разработаны рекомендации по организации дорожного движения с использованием адаптивных систем управления и изменению планов работы СО.

 

Рис. 1. Транспортный мониторинг на пересечении улиц Мурашкинская и Должанская в г. Нижнем Новгороде с использованием видеодетекторов Iteris Edge2 и программы StaTran 4.0

С использованием средств компьютерного моделирования TRANSYT-7FR определены «новые» (после внедрения системы) значения показателей эффективности для каждого СО.

Произведено два расчета обоснования экономической эффективности.

Первый расчет строился на модели TRANSYT-7FR. В данном случае эффект от внедрения АдСУ ДД может быть определен как разница между затратами, которые несут пользователи УДС в результате эксплуатации СО, до и после внедрения системы.

Эксплуатационные затраты в данном случае были определены по формуле:

 

где и – общие эксплуатационные затраты на СО и на -том направлении движения

соответственно, руб.; – общее время в пути на -том направлении движения, км на ТС; –

общее количество остановок на i-том направлении движения, ТС/час; – общая задержка на -том

направлении движения, ТС/час; – общий объем расходуемого топлива на -том направлении

движения, литр; O – среднее количество пассажиров (человек) в ТС, чел/ТС; – скорость на -том

 

направлении движения, км/час; I – уровень инфляции; – удельные стоимости, соответственно,

( ) задержки, за исключением стоимости времени пассажиров, ( ) расхода топлива, (t) времени

пассажиров, руб.; – коэффициент, который представлен в виде функции скорости на каждом -

том направлении движения. Значения коэффициентов приняты на основании опыта транспортной

инженерии США.

Определена разница между эксплуатационными расходами до и после внедрения АдСУ ДД.

Определены капитальные затраты на создание АдСУ ДД, включающие затраты на оборудование, программное обеспечение, монтаж и обучение. Определены затраты, связанные с эксплуатацией оборудования, которые составили 3% от капитальных затрат. В эксплуатационные затраты также были включены расходы на заработную плату обслуживающего персонала.

Оценка эффективности рассматриваемых вариантов АдСУ ДД производилась путем сопоставления показателей эффективности, которые были определены, как отношение эффектов к затратам, возникающим в результате реализации проекта с учетом фактора времени.

Наиболее предпочтительным в данном случае является вариант внедрения АдСУ ДД на разрозненных пересечениях. Эффекты превышают затраты на реализацию АдСУ ДД в 4.19 раза. При этом потери времени снижаются на 1 554 000 маш-час в год, а расход топлива на 5 283 600 литров в год, что позволяет в свою очередь значительно сократить нагрузку на воздушный бассейн города.

Годовой социально-экономический эффект от реализации АдСУ ДД на магистралях, входящих в состав наиболее предпочтительного варианта составил 53 890 200 руб./год.

Анализ результатов оценки эффективности АдСУ ДД показал, что использование метода TRANSYT-7FR в Российских условиях должен производиться с учетом разницы исходных данных, в том числе:

  • удельных стоимостей задержки;
  • удельной стоимости топлива;
  • удельной стоимости затрат времени пользователями ТС.

В этой связи расчеты экономических эффектов, проведенные в программе TRANSYT-7FR, могут давать существенные погрешности по абсолютной величине.

Поэтому методику TRANSYT-7FR в Российских условий целесообразно применять исключительно для сравнительного анализа вариантов АдСУ ДД.

Второй расчет строился на данных модели TRANSYT-7FR с использованием алгоритмов AGA, учитывающих характерные для РФ социально-экономические условия. В данном случае эффект от внедрения АдСУ ДД также может быть определен как разница между затратами, которые несут пользователи УДС в результате эксплуатации СО, до и после внедрения системы.

Годовые затраты, которые несут пользователи УДС в данном случае представлены следующим образом:

 

где – годовые затраты, которые несут пользователи УДС, руб./год; – количество дней в году,

дней ( );

Zall N

N = 350 T – транспортные задержки, маш-час./час; – количество человек в транспортном

средстве, чел. ( ); – стоимость человеко-часа, руб.; – стоимость машино-часа, руб.; V –

объем используемого топлива на СО, литр/час.; – стоимость топлива, руб./литр.

 

где – среднестатистическая заработная плата, руб./мес. ( Zp Zp = 7000); – месячная выработка

времени рабочего, час./мес. ( ); , , – коэффициенты стоимости времени,

соответственно, пассажиров, пользующихся ТС для служебных поездок, поездок с целью отдыха и

рекреационных целях, и поездок в свободное время (определяются на основании регионального

социально-экономического анализа) (в данном расчете приняты: , , ); ,

 

 r k , – коэффициенты, учитывающие долю пользователей ТС, соответственно, для служебных

поездок, поездок с целью отдыха и рекреационных целях, и поездок в свободное время

(определяются на основании регионального социально-экономического анализа) (в данном расчете приняты: , , ).

 

где – среднестатистическая стоимость ТС, руб. ( Zauto Zauto = 470000); – срок службы ТС, год.

( ); – продолжительность эксплуатации в год, дней/год ( ); –

продолжительность эксплуатации в день, час./день. (

ne

ne = 7 Ne Ne = 200 et

te = 8); – коэффициент определяющий

эксплуатационные затраты в зависимости от стоимости ТС; , , , – коэффициенты стоимости используемого времени, соответственно, легковым, малым грузовым, большим грузовым и общественным транспортом (определяются на основании регионального социально-экономического анализа) (в данном расчете приняты: , , , ); , , , – коэффициенты, учитывающие долю, соответственно, легкового, малого грузового, большого грузового и общественного транспорта (определяются на основании транспортного обследования) (в данном расчете приняты:

 

Наиболее предпочтительный вариант в данном случае вариант внедрения АдСУ ДД на разрозненных пересечениях, эффекты превышают затраты на реализацию АдСУ ДД в 19.84 раза.

Годовой социально-экономический эффект от реализации АдСУ ДД на магистралях, входящих в состав наиболее предпочтительного варианта составил:

  • от снижения используемого топлива на СО – 105 672 000 руб./год;
  • от снижения потерь машинного времени на СО – 43 746 110 руб./год;
  • от снижения потерь времени пользователей ТС на СО – 95 862 375 руб./год.

При внедрении пилотного проекта АдСУ ДД потери времени УДД на СО снизятся на 1 554 000 маш-час в год, а расход топлива на 5 283 600 литров в год, что позволит в свою очередь значительно сократить нагрузку на воздушный бассейн города.

Выводы:

  1. Моделирование показало, что наиболее предпочтительным, как с точки зрения транспортного, так и с точки зрения экономического эффекта является проект реконструкции по варианту внедрения АдСУ ДД на разрозненных пересечениях. Этот вывод можно сделать на основании транспортно-экономических моделей, построенных на основе как российских, так и американских исследований.
  2. Условия загрузки УДС в г. Нижнем Новгороде требуют, для обеспечения эффективности выполняемых проектов, проводить предварительный транспортный мониторинг длительностью от 3 до 5 недель на реконструируемых пересечениях. Результаты мониторинга можно использовать не только для проектирования мероприятий по организации движения, но и с целью уточнения коэффициентов, используемых при экономических расчетах.
  3. Для привязки экономических расчетов к условиям г. Нижнего Новгорода необходимо определить локальные величины экономических констант, таких, как стоимость эксплуатации ТС, стоимость потерь времени пользователей ТС, стоимость топлива.