Иерархический метод выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов
Бесплатно
Основная коллекция
Тематика:
Автомобильные дороги
Издательство:
Науковедение
Автор:
Шаталова Наталья Викторовна
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 15
Дополнительно
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 1 http://naukovedenie.ru 96TVN214 УДК 625.711.2 Шаталова Наталья Викторовна ФГБУ науки «Институт проблем транспорта им. Н.С.Соломенко Российской академии наук» Россия, Санкт-Петербург1 Старший научный сотрудник Кандидат технических наук E-Mail: shatillen@mail.ru Иерархический метод выбора рационального варианта реконструкции автомобильных дорог вблизи населенных пунктов Аннотация. 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. Автомобильные дороги являются 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. В решении ключевых проблем долгосрочного развития автомагистралей, была разработана модель оптимизации этого процесса на основе применения метода анализа иерархий. Сформулированные выводы моделирования могут быть использованы в качестве направленного развития конкретных объектов. Они также дают возможность выработки принципов технической политики долгосрочного развития сети автомобильных дорог. Ключевые слова: Автомобильные магистрали; территориальное развитие; зоны влияния населенных пунктов; суммарные транспортные затраты; рациональный вариант; метод анализа иерархий; парные сравнения; соотношение приоритетов; актуальный критерий; транспортный процесс. Идентификационный номер статьи в журнале 96TVN214 1 199178, Россия, Санкт-Петербург, 12-я линия, дом 13
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 2 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Дорожное хозяйство страны в настоящее время находится на сложном этапе развития, когда от преимущественного строительства новых дорог центр тяжести постепенно и неуклонно переходит к эксплуатации дорог, повышению их технического уровня и эксплуатационного состояния, капитальности дорожных одежд, реконструкции дорог и мостов. На первое место выдвигаются задачи повышения скорости, удобства и безопасности движения, инженерного оборудования и обустройства, архитектурно-эстетического оформления и другие задачи, составляющие комплекс эксплуатационного содержания дорог [2]. Сеть дорог национального значения предлагается строить в виде глубоких транспортных коридоров в обход всех населённых пунктов, на достаточно большом удалении от них [3,4,6]. В отличие от существующего положения, когда транспортный коридор представляет собой простую совокупность продолжающих друг друга по определенному направлению автомобильных дорог разного технического уровня. В таблице 1 приводятся критерии, факторы и мероприятия, характеризующие качество международных транспортных коридоров (МТК) при работе автомобильного транспорта. Таблица 1 Критерии, определяющие качество МТК при автомобильных сообщениях, факторы и мероприятия, обеспечивающие их реализацию. Критерии разработаны автором 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 магистралей из населенных пунктов. 1.2. Контроль за состоянием дорог и движением транспорта. 1.2.1. Создание служб погодного мониторинга на автомагистралях с соответствующей информацией дорожных служб и водителей. 1.2.2. Контроль транспортных средств по признакам безопасности в таможенных пунктах, пунктах ГБДД и на трассе магистралей 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 магистралей в соответствии с требованиями пункта 2.2. Минимизация затрат времени простоя в пунктах технического обслуживания 2.2.1. Необходимое насыщение пунктами обслуживания до уровня международных стандартов. 2.2.2. Обеспечение необходимого качества обслуживания на основе конкурсных условий
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 3 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Критерии качества Факторы, обеспечивающие их реализацию Мероприятия подвижного состава. 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 отрицательног о воздействия коридоров на окружающую среду, на условия жизнедеятельн ости населенных пунктов 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. 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.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 4 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Направленность настоящей работы охватывает большинство, но не все эти мероприятия. Так, улучшение работы таможенных служб, совершенствование антимонопольного законодательства в наибольшей степени определяется политическими и юридическими вопросами, во многом независимыми от транспорта. Эти вопросы не входят в сферу настоящих исследований. Работа терминалов сопряжена с обслуживанием деятельности всех видов транспорта коридоров, и исследование этих проблем требует самостоятельного подхода. Вопросы развития необходимой инфраструктуры автомобильных дорог по обеспечению потребностей водителей и пассажиров, хотя и связаны тесно с развитием магистралей, не содержат серьезных научных проблем в своем решении. В современных условиях соответствующие структуры возникают как правило самостоятельно, без затрат государственных средств в местах возникновения потребностей в них. А задачи государственных и транспортных органов заключаются в этом случае лишь в формировании требований к их работе в соответствии с принятыми стандартами, выдачи лицензий на их деятельность, контролю за качеством обслуживания. Существенная часть мероприятий, определяющих качество работы автомобильного транспорта МТК, связана со значительными капиталовложениями в развитие автомобильных дорог, в первую очередь зависит скорость сообщений, определяющая эффективность перевозок, что обуславливает также привлекательность коридоров. Актуальность исследований указанных транспортных проблем определяется и тем, что автомобильные дороги являются весьма долговременными сооружениями. Недостатки в их развитии будут закреплены на неопределенно долгий срок, вызывая недостаточную эффективность последующих капиталовложений. Важнейшая из проблем в развитии автомобильных дорог, приобретающая особую значимость в МТК, это расположение трассы автомобильных дорог по отношению к населенным пунктам. Распространенная на Западе тенденция формирования скоростных дорог без захода в населенные пункты не получила у нас существенного выражения, а обходы отдельных, наиболее значимых населенных пунктов не решают до конца задач формирования действительно скоростных магистралей в соответствии с требованиями транспортных коридоров. Все это требует оценки возможных решений этих вопросов и выработки предложений по формированию рациональных подходов. На этапе предыдущих исследований авторами, по разработанной автором динамической модели расчета суммарных дисконтированных затрат, были получены расчетные значения капиталовложений вариантов развития автомобильных дорог согласно рисунку 1 [7,8]. Эти расчетные значения представлены в таблице 2.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 5 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Рис. 1. Схемы вариантов. Схемы составлены автором
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 6 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Таблица 2 Общие затраты вариантов, млн. руб. Расчеты проведены автором ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы 585,2282 94 131,8033 99 453,4249 0 585,22829 43 131,8033 989 453,4249 0 557,5 48 114,7 21 442,8262 5 833,0060 72 176,8033 99 656,2026 7 829,35351 97 188,1138 830 641,2396 4 807,9 99 149,7 21 658,2776 4 1080,783 85 221,8033 99 858,9804 5 1082,2294 776 246,1552 813 836,0742 0 1058, 45 184,7 21 873,7290 3 1328,561 63 266,8033 99 1061,758 23 1338,9188 215 304,9509 757 1033,967 85 1308, 90 219,7 21 1089,180 42 1576,339 41 311,8033 99 1264,536 01 1597,5871 952 364,1381 265 1233,449 07 1559, 35 254,7 21 1304,631 81 1824,117 18 356,8033 99 1467,313 78 1857,4088 080 423,5533 906 1433,855 42 1809, 80 289,7 21 1520,083 20 2071,894 96 401,8033 99 1670,091 56 2117,9595 975 483,1128 874 1634,846 71 2060, 26 324,7 21 1735,534 59 2319,672 74 446,8033 99 1872,869 34 2379,0001 321 542,7692 569 1836,230 88 2310, 71 359,7 21 1950,985 97 2567,450 52 491,8033 99 2075,647 12 2640,3852 265 602,4937 811 2037,891 45 2561, 16 394,7 21 2166,437 36 2815,228 29 536,8033 99 2278,424 90 2902,0218 127 662,2680 509 2239,753 76 2811, 61 429,7 21 2381,888 75 3063,006 07 581,8033 99 2481,202 67 3163,8475 185 722,0797 289 2441,767 79 3062, 06 464,7 21 2597,340 14 3310,783 85 626,8033 99 2683,980 45 3425,8189 937 781,9202 405 2643,898 75 3312, 51 499,7 21 2812,791 53 3558,561 63 671,8003 399 2886,758 23 3687,9051 8 841,7834 4 2846,121 74 3562, 96 534,7 21 3028,242 92 3806,339 41 716,8033 99 3089,536 01 3950,0832 5 901,6648 2 3048,418 43 3813, 42 569,7 21 3243,694 31 4054,117 18 761,8033 99 3292,313 78 4212,3360 5 961,5609 8 3250,775 07 4063, 87 604,7 21 3459,145 70 4301,894 96 806,8033 99 3495,091 56 4474,6504 4 1021,469 32 3453,181 12 4314, 32 639,7 21 3674,597 09
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 7 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Таблица 2 Общие затраты вариантов (продолжение), млн. руб. ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6 Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы Общие расходы Капиталовложения Транспортные расходы 544,2115 85 114,721 360 429,490 23 587,3839 81 120,623 059 466,760 92 574,047 954 120,623 059 453,424 90 787,9534 15 149,721 360 638,232 06 828,5090 93 153,778 301 674,730 79 808,463 508 153,778 301 654,685 21 1031,695 245 184,721 360 846,973 89 1074,009 572 187,799 000 886,210 57 1047,25 443 187,799 000 859,455 43 1275,437 075 219,721 360 1055,71 572 1321,416 744 222,196 847 1099,22 0 1287,95 204 222,196 847 1065,75 52 1519,178 905 254,721 360 1264,45 755 1569,813 431 256,790 423 1313,02 3 1529,63 917 256,790 423 1272,84 87 1762,920 735 289,721 360 1473,19 938 1818,786 738 291,498 055 1527,28 9 1771,90 292 291,498 055 1480,40 49 2006,662 565 324,721 360 1681,94 121 2068,124 632 326,277 803 1741,84 7 2014,53 125 326,277 803 1688,25 34 2250,404 396 359,721 360 1890,68 304 2317,707 400 361,105 988 1956,60 1 2257,40 446 361,105 988 1896,29 85 2494,146 226 394,721 360 2099,42 487 2567,462 447 395,968 250 2171,49 4 2500,44 995 395,968 250 2104,48 17 2737,888 056 429,721 360 2308,16 670 2817,343 240 430,855 385 2386,48 8 2743,62 118 430,855 385 2312,76 58 2981,629 886 464,721 360 2516,90 853 3067,318 593 465,761 224 2601,55 7 2986,88 698 465,761 224 2521,12 58 3225,371 716 499,721 360 2725,65 036 3317,366 830 500,681 480 2816,68 5 3230,22 566 500,681 480 2729,54 42 3469,113 546 534,721 360 2934,39 219 3567,472 424 535,613 081 3031,85 9 3473,62 169 535,613 081 2938,00 86 3712,855 376 569,721 360 3143,13 402 3817,623 959 570,553 769 3247,07 0 3717,06 367 570,553 769 3146,50 99 3956,597 206 604,721 360 3351,87 585 4067,812 859 605,501 848 3462,31 1 3960,54 301 605,501 848 3355,04 12 4200,339 036 639,721 360 3560,61 768 4318,032 555 640,456 019 3677,57 7 4204,05 315 640,456 019 3563,59 71 Анализ характеристик автомобильных дорог МТК показал широкие возможности применение предложенного стратегического подхода.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 8 http://naukovedenie.ru 96TVN214 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 1. Получение математических выражений по расчетам этих показателей не входило в задачу исследований и будет рассчитываться в дальнейшем. Соотношения между этими критериями были оценены экспертным путем с использованием метода анализа иерархий [5,1,9]. Суть этой задачи заключается в том, чтобы определить, какие из предложенных вариантов обходов необходимо выбрать при строительстве магистралей. 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 структуриро вание проблемы в виде иерархии, представленной на рис. 2. Рис. 2. Иерархия проблемы выбора варианта по рациональному развитию автомобильных дорог в зонах населенных пунктов (Схема составлена автором) 5-й критерий «Капиталовложения, млн. руб. на 1 км» мы не включаем в исследования, так как в предыдущих исследованиях получены достоверные данные для выбора приоритетного варианта строительства дороги по этому показателю (таблица 2), которым является 4-й вариант. На втором этапе, после иерархического или сетевого воспроизведения проблемы, устанавливаются приоритеты критериев и оценивается каждая из альтернатив по критериям с целью выявить самую важную альтернативу. Элементы задачи сравниваются попарно по отношению к их воздействию (весу или интенсивности) на общую для них характеристику. Для проведения субъективных парных сравнений используется шкала относительной важности элементов по отношению к общей цели (таблица 3).
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 9 http://naukovedenie.ru 96TVN214 Таблица 3 Шкала выявления относительной важности сравниваемых элементов одного уровня иерархии [5] 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 i при сравнении с фактором j приписывается одно из приведенных выше чисел, то фактору j при сравнении с фактором i приписывается обратное значение В ходе диссертационного исследования экспертами ИПТ РАН было проведено попарное сравнение пяти, указанных на рис. 2 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 магистралей в зонах населенных пунктов Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 1 4 2 1 4 Z2 1/4 1 1/2 1/3 2 Z3 1/2 2 1 2 2 Z4 1 3 1/2 1 3 Z5 1/4 1/2 1/2 1/3 1 Отклонение от согласованности может быть выражено индексом согласованности (ИС): , где наибольшее собственное значение матрицы суждений, п - число сравниваемых элементов. Для обратносимметричной матрицы ≥ п. Найдем максимальное собственное значение матрицы. Получим =5,246. Проверим степень согласованности матрицы по формуле , где n – 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 ИС=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 VТ=[0,336; 0,102; 0,239; 0,249; 0,074] Т. 1 λ n n ИС max max λ max λ max λ 1 λ n n ИС max
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 10 http://naukovedenie.ru 96TVN214 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 автомагистралей с обходами населенных пунктов по критериям второго уровня (таблица 5). Таблица 5 Матрицы парных сравнений для выбора наиболее оптимального варианта Безопасность перевозок ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 3 ВАРИАНТ 4 ВАРИАНТ 5 ВАРИАНТ 6 VТ ВАРИАНТ 1 1 4 2 2 3 3 0,348 ВАРИАНТ 2 1/4 1 2 2 2 2 0,193 ВАРИАНТ 3 1/2 1/2 1 1 3 3 0,157 ВАРИАНТ 4 1/2 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 =6,209, =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 VТ ВАРИАНТ 1 1 5 2 3 4 3 0,382 ВАРИАНТ 2 1/5 1 1 2 2 2 0,155 ВАРИАНТ 3 1/2 1 1 1 3 3 0,167 ВАРИАНТ 4 1/3 1/2 1 1 4 4 0,166 ВАРИАНТ 5 1/4 1/2 1/3 1/4 1 1 0,063 ВАРИАНТ 6 1/3 1/2 1/3 1/4 1 1 0,068 =6,392, =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 VТ ВАРИАНТ 1 1 1 2 3 4 4 0,285 ВАРИАНТ 2 1 1 3 3 4 4 0,307 ВАРИАНТ 3 1/2 1/3 1 1 3 3 0,138 ВАРИАНТ 4 1/3 1/3 1 1 5 5 0,164 ВАРИАНТ 5 1/4 1/4 1/3 1/5 1 1 0,053 ВАРИАНТ 6 1/4 1/4 1/3 1/5 1 1 0,053 =6,27, =0,054 собственный вектор матрицы парных сравнений : [0,598; 0,644; 0,29; 0,345; 0,111; 0,111] max λ 1 λ n n ИС max max λ 1 λ n n ИС max max λ 1 λ n n ИС max