624

трения движущихся частиц воды, песка и гальки о русло. Особенностью водного потока является чередование величины скорости вдоль русла: есть стремнины, где вода течет быстрее; есть омуты, где она застаивается; есть даже движение по кругу (водовороты). Русло, как правило, изгибается – река «меандрирует». Итог – перемещение некоторой массы воды и совершенная работа. Водный поток представлен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Водный поток

Точно так же своим законам подчиняются потоки передвижения пассажиров, перемещения грузов и движения транспортных средств.

2.1.2. Транспортный поток

Транспортный поток – направленное перемещение транспортных средств по участкам пути.

Движение каждого транспортного средства всегда осуществляется по определенному маршруту, но все они объединены в одном потоке, который может находиться в одном из трех состояний:

1.Транспортные средства движутся независимо друг от друга (более скоростные транспортные средства свободно обгоняют более медленные).

2.Движение «пачками» – когда более скоростные транспортные средства некоторое время тормозятся (будь то линейный участок пути либо транспортный узел) более медленными, находящимися впереди. Затем они (при благоприятном моменте) обгоняют последних и движутся свободно, пока не догонят очередную «пачку».

3.Сплошной поток – когда транспортные средства идут «впритык» друг к другу и обгон невозможен. В этом случае скорость потока определяется скоростью самого медленного транспортного средства.

Факторы, снижающие скорость транспортного потока:

– взаимодействие транспортного средства с дорогой (качество покрытия, организация стоков и т.д.);

– конфигурация сети (перекрестки, повороты и т.д.);

– организация движения (ограничители скорости, светофоры и т.д.);

– помехи (пешеходы, другие транспортные средства и т.д.).

2.1.3. Пассажиропоток

Пассажиропоток – направленное перемещение пассажиров по участкам путей пассажирских сообщений.

12

Пассажиропотоки формируются как результат потребностей в передвижениях пассажиров. Эти потребности характеризуются такими показателями, как суточная подвижность жителя (среднее количество поездок на жителя в сутки) и средние затраты времени на передвижения, рассчитываемые по формуле (1.1).

Как показали массовые обследования в разных городах, такой показатель, как среднесуточные затраты времени на передвижение, равные произведению подвижности на среднее время одного передвижения, в разных городах практически не отличаются друг от друга: в Москве это 129 мин, в Харькове – 125 мин, в Омске – 123 мин и т.д. Это объясняется фундаментальными закономерностями, которые определяют образ жизни и уклад деятельности людей, и является итогом самоорганизации сообщества людей (Г.А. Гольц). Эта самоорганизация заключается: во-первых, в том, что люди в зависимости от возможностей транспортной системы выбирают более или менее далекие объекты посещения, во-вторых, меняют способ передвижения (выбор видов транспорта, пути следования, места посадки, высадки и пересадки).

Таким образом, пассажиропоток формируется как итог самоорганизации движущихся людей. Понятно, что в этих условиях разные люди в данный момент осуществляют разные технологические (логистические) операции: поездку, пересадку, ожидание транспорта, а также пешеходные передвижения. Поэтому, говоря о пассажиропотоке, нельзя ограничиваться только теми, кто в данный момент находится в транспорте.

Характеристики пассажиропотоков будут изучены далее.

2.1.4. Грузопоток

Грузопоток – направленное перемещение грузов по грузовым участкам пути.

Основной причиной перемещения грузов являются потребности в них потребителей, оформленные в виде финансово-правовых обязательств. Другой причиной грузопотоков, проявившейся в последние годы, является желание поставщиков приблизить товар к рынкам или непосредственно к потребителям, основанное на прогнозе потенциальных потребностей («продвижение», «проталкивание» товаров).

Особенностью грузопотоков является их пространственновременная неравномерность при движении груза от поставщиков к потребителям в силу разной скорости осуществления операций, приведенных в формуле (1.2), которые станут предметом изучения.

13

2.2. Характеристики потоков на транспорте

2.2.1. Плотности потоков

Линейная плотность водного потока Z – объем воды, единовременно находящийся на единице длины данного участка русла: Z= S∙L/L = S, где S

– сечение водного потока; L – длина участка русла. Единица измерения плотности потока – м2. Иными словами, для водного потока его плотность эквивалентна среднему поперечному сечению водной массы на участке длиной L.

Линейная плотность транспортного потока ZТр – количество транспортных средств, которые единовременно движутся в заданном направле-

нии на единице длины участка транспортной сети: ZТр = Σw(W). Единица измерения плотности транспортного потока – количество транспортных средств на километр (шт./км).

Линейная плотность пассажиропотока ZrПас– это количество пассажиров, которые единовременно движутся в одном направлении на еди-

нице длины r пути пассажирских сообщений: ZПас = w( r ow) Zпеш

где ow– нормативное наполнение (пасс.) транспортного средства w; ωr –

степень его фактического наполнения; знак Σw означает пересчет по всем транспортным средствам, находящимся в данный момент на единице пути; Zпеш – количество пешеходов и пассажиров, находящихся в состоянии ожидания транспорта или пересадки. Единица измерения плотности пассажиропотока – пасс./км.

Линейная плотность грузопотока ZГр – это количество груза, которое единовременно движется в заданном направлении на единице пути транс-

портной сети: ZГр = Σw(ωr ow), где ow– нормативное наполнение транспортного средства w (т, м3, паллета, контейнер); ωr – степень его фактиче-

ского наполнения на перегоне r ; знак Σw означает суммирование по всем транспортным средствам, находящимся в данный момент на единице длины сети. Единица измерения плотности грузопотока – (т, м3, паллета, контейнер)/км.

2.2.2. Скорости потоков

Скорость водного потока V на данном участке русла – расстояние, проходимое частицами воды в потоке за единицу времени: V =L/T. Единица измерения скорости водного потока – м/с.

Скорость транспортного потока VТр – среднее расстояние, преодолеваемое транспортными средствами на данном участке сети за единицу времени: VТр = (1/W)Σw l /Tw, где l – длина данного участка сети; TW – вре-

14

мя, за которое преодолевает этот участок транспортное средство w, включая время задержек в транспортных заторах, время остановок и т.д.; W – общее количество транспортных средств на участке сети.

Несмотря на то, что на некоторых участках улично-дорожной сети города транспортные средства могут развивать скорость 60 км/ч и выше, скорость транспортного потока в среднем по городу не превышает половины этой величины, а на некоторых участках – не выше 10 км/ч.

Скорость пассажиропотока VПас на данном участке сети – средняя скорость передвижения пассажиров, находящихся на этом участке, причем учитываются затраты времени пассажиров на пересадки, ожидание

транспорта и пешеходные движения: VПас = (1/n)Σn l /Tn. Время Tn определяется по формуле (1.1). Как видим, скорость пассажиропотока на данном участке сети не совпадает со скоростью транспортного потока – это абстракция, поскольку отражает не только время поездок, но и время на осуществление других технологических (логистических) операций, включая пешеходные движения. Скорость пассажиропотока (скорость передвижений) в городе, где нет скоростных видов транспорта, колеблется около 8 – 10 км/ч (в Омске – 9,6 км/ч), а при наличии метро – 12 – 15 км/ч.

Скорость грузопотока VГр – среднее расстояние, проходимое грузами на данном участке сети за единицу времени: VГр = l /T, причем учитываются задержки грузов на погрузку, разгрузку, хранение и другие технологические (логистические) операции. Время T определяется по формуле (1.2). Как видим, точно так же, как и в случае с пассажиропотоками, скорость грузопотока – некоторая абстракция. Единица измерения скорости грузопотока – км/ч. Скорость грузопотока колеблется в очень широких пределах, но она всегда ниже скорости транспортного потока.

2.2.3. Величины потоков

Величина (мощность, дебит) водного потока N – количество воды, проходящее через сечение русла в единицу времени T: N = ZV = SL/T. Единица измерения потока – м3/час, м3/сутки, м3/год.

В дальнейшем будем обозначать символом NТр транспортный поток на участке пути в любом, а также в обоих направлениях в зависимости от решаемой задачи. NТр – это количество транспортных средств, пересекающих участок пути r в единицу времени T: NТр = ZrТр VТр. Единица измерения транспортного потока – количество транспортных средств данного типа и вида (час, сутки, год).

Величина пассажиропотока NПас (в любом, а также в обоих направлениях) на участке r сети пассажирских сообщений – количество пассажиров, передвигающихся через участок пути в единицу времени: NПас = ZПасVПас. Скорость передвижения пассажиров учитывает все возникающие на участке сети технологические (логистические) операции и определяет-

15

ся с учетом формулы (1.1). Единица измерения пассажиропотока – пасс/час, пасс/сутки, пасс/год. Возможна дифференцированная оценка потоков пассажиров, движущихся пешком и на транспорте, а также движущихся на разных видах транспорта.

Величина грузопотока характеризуется количеством груза, проходящего через сечение сети в единицу времени.

Величина грузопотока NГр (в любом, а также в обоих направлениях) на участке r транспортной сети – количество груза, перемещаемого через участок в единицу времени T: NГр = ZГрVГр. Скорость движения грузов учитывает все возникающие на участке сети технологические (логистические) операции и определяется с учетом формулы (1.2). Единица измерения грузопотока – (т, м3, паллета, контейнер) (час, сутки, год).

Тема 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Транспортные системы состоят из транспортных сетей, средств транспортировки грузов и пассажиров, а также подсистем управления потоками.

3.1. Транспортные сети

Сеть в общепринятом понимании – это система взаимосвязанных участков среды, по которым проходят разные потоки, взаимодействующие друг с другом.

Водная сеть – аналог сетей на транспорте. Русло (включая берега) реки – часть внешней среды, ограничивающая водный поток в пространстве. Водная сеть – система соединенных друг с другом русел, по которым происходит движение воды. Пример: сеть притоков в бассейне Иртыша вместе с самой рекой Иртыш.

Участок транспортного пути – искусственное сооружение, приспособленное для передвижения по нему транспортных средств. Транспортная сеть – система соединенных друг с другом участков пути, по которым осуществляется движение транспортных средств. Пример: уличнодорожная сеть города с мостами, развязками и туннелями.

Участок путей пассажирских сообщений – искусственное сооружение, приспособленное для передвижения по нему пассажиров. Пассажирская транспортная сеть – система соединенных друг с другом участков путей пассажирских сообщений, по которым передвигаются пассажиры. Пример: городская маршрутная сеть с остановочными пунктами, пересадочными узлами и пешеходными дорожками к ним.

Грузовой участок пути – искусственное сооружение, приспособленное для перемещения по нему грузов. Грузовая транспортная сеть – система соединенных друг с другом грузовых участков пути, по которым пе-

16

ремещаются грузы. Пример: дистанция железной дороги со станциями, перегонами и подъездными путями.

3.1.1. Линейные участки транспортных сетей

Участок транспортного пути – искусственное сооружение, приспособленное для передвижения по нему транспортных средств (автодорога, железнодорожный путь, воздушный коридор для самолетов и т.д.).

Участок путей пассажирских сообщений – искусственное сооружение, приспособленное для передвижения по нему пассажиров (городская улица, перегон метрополитена, эскалатор, пешеходная дорожка и т.д.).

Грузовой участок пути – искусственное сооружение, приспособленное для перемещения по нему грузов (трубопровод, железнодорожный путь, транспортер, фарватер реки и т.д.).

Линейные участки – такие элементы транспортных сетей, по которым происходит передвижение грузов и пассажиров в пространстве.

3.1.2. Транспортные узлы разной категории

Важными элементами транспортных сетей являются транспортные узлы. Транспортным узлом называется такое искусственное сооружение (система искусственных сооружений), где осуществляются посадка, пересадка, высадка пассажиров либо погрузка, перегрузка, выгрузка грузов.

Примеры транспортных узлов обслуживания пассажиров (в порядке возрастания сложности):

1.Остановочный пункт городского наземного пассажирского транс-

порта.

2.Пересадочный узел в районе станции метро, электрички либо нескольких наземных видов транспорта общегородского значения.

3.Железнодорожный вокзал, аэропорт, морской либо речной вокзал. Примеры транспортных узлов обслуживания грузопотоков (в поряд-

ке возрастания сложности):

1.Зона погрузки-выгрузки на складе.

2.Грузовой терминал (в порту, на железной дороге либо в аэропор-

ту).

3. Грузовой аэропорт, порт либо железнодорожная станция.

Транспортно-логистическим терминалом называется транспортно-

технологическая система, где на базе специализированных технологических устройств, сооружений и техники осуществляются переработка и складирование грузов.

Мультимодальным транспортным узлом называется транспортный узел, в котором организовано взаимодействие нескольких видов транспорта и осуществляются практически все технологические операции по переработке грузов (погрузка-выгрузка, перегрузка, комплектация, упаковка,

17

транспортировка и т.д.). Любой крупный город является мультимодальным транспортным узлом.

3.2. Средства транспортировки

Транспортная сеть, т.е. устройства и сооружения на линейных участках транспортной сети и в транспортных узлах, составляет искусственную (техногенную) среду, в которой организуются транспортные потоки. Сами же пассажиры и грузы передвигаются и перемещаются с использованием средств транспортировки.

Средства транспортировки, относящиеся к разным видам транспорта и осуществляющие передвижения и перемещения на линейных участках сети, называются транспортными средствами. Средства транспортировки, осуществляющие погрузку, выгрузку, складирование и другие технологические операции в транспортных узлах, относят к технологическому транспорту.

3.2.1. Транспортные средства передвижения

Втранспортном потоке средствами транспортировки являются сами транспортные средства. Однако при определенных ситуациях транспортные средства, перевозящие груз, могут сами выступать в качестве перевозимого груза (например, на паромах). В этом случае они могут рассматриваться как разновидность упаковки, сохраняющей комплектацию и исключающей операцию перегрузки (такая интерпретация актуальна при моделировании технологических логистических операций).

Впассажиропотоке могут быть задействованы одновременно разные пассажирские транспортные средства (не обязательно относящиеся к одному виду!), например, в городе это трамваи, троллейбусы, автобусы и т.д., а в междугородных перевозках – самолеты, поезда, автобусы и т.д. На разных участках сети один и тот же пассажиропоток может обеспечиваться разными транспортными средствами и разными технологическими устройствами, содействующими передвижениям (эскалаторами, посадочными платформами и т.д.). Характеристики транспортных средств (вместимость, комфорт, число посадочных мест и мест для сидения, конструкция салона и т.д.) определяются спецификой передвижений, а также параметрами технологических (логистических) операций, с которыми эти передвижения связаны (длительность, условия наполнения, условия посадкивысадки и т.д.).

Вгрузопотоке могут быть задействованы одновременно разные грузовые транспортные средства (не обязательно относящиеся к одному виду!), например, в городе это грузовики разной вместимости, ГАЗели, легковой транспорт, даже велосипеды (такой вид транспорта распространен в Китае), а в междугородных перевозках – трейлеры, железнодорожные ва-

18

гоны, суда и т.д. На разных участках сети один и тот же грузопоток могут обслуживать разные транспортные средства, а также разные технологические устройства, содействующие перемещению грузов (погрузочные устройства, площадки отстоя и т.д.). Выбор характеристик используемых транспортных средств определяется характером сети и требованиями доставки груза в заданные сроки с заданным качеством.

3.2.2. Технологический транспорт

Технологический транспорт применяется, когда необходимо распределение больших объемов пассажиров либо грузов в небольших замкнутых пространствах транспортных узлов.

К технологическому транспорту, обслуживающему пассажиров, относятся: в зданиях и сооружениях – лифты, в метро – эскалаторы, в аэропортах – трапы самолета и автобусы, подвозящие к трапам, на железнодорожных вокзалах – эскалаторы доставки к поездам, в морских портах – подъемники и автоматические трапы и т.д.

Технологический транспорт, обслуживающий грузы, гораздо более разнообразен в силу большего разнообразия характера грузов.

Во-первых, это средства погрузочно-разгрузочных операций: краны, кран-балки, автокары, специализированные погрузчики и т.д. К этой же категории следует отнести устройства подачи продукции под погрузку: подъемники, всевозможные выравниватели, подталкиватели и т.д. Особую категорию составляют транспортные средства с устройствами саморазгрузки : самосвалы, саморазгружающиеся вагоны и т.д.

Во-вторых, для порционных грузов это устройства, позволяющие осуществлять комплектацию и упаковку (обычно они связаны в единую технологическую цепочку): мини-эскалаторы перераспределения и подачи в точку комплектации порционных грузов, упаковщики и т.д.

В-третьих, это устройства складирования грузов. Тип устройств существенно зависит от характера грузов (наливные, насыпные, порционные). Например, для контейнеров это всевозможные машины для перемещения по горизонтальной поверхности, штабелеры и т.д., для паллет – автокары, подъемники, укладчики и т.д.

Определенное значение имеют конструкции транспортных средств, позволяющие обслуживать технологические операции ожидания и перегрузки: кузова, отделяющиеся от автомобиля, и т.д.

3.3. Пропускная способность узлов и линейных участков транспортной сети

В сетях, обслуживающих потоки, различают локальную пропускную способность, отражающую теоретическую (расчетную) возможность данного участка сети, и сетевую пропускную способность, которые учитыва-

19

ют его фактическую пропускную способность в связи с ситуацией на других участках сети. Понятие пропускной способности применимо и к линейным участкам сети, и к узлам, и вообще к любым участкам сети, имеющим «вход» и «выход». Это довольно универсальное понятие, характеризующее сеть.

3.3.1. Локальная пропускная способность

Для водных потоков локальная пропускная способность русла NЛок – максимальное количество воды MЛок, которое теоретически может пройти через сечение русла в единицу времени T на данном участке русла без учета возможностей пропуска воды на других участках: NЛок = max MЛок/T.

Локальная пропускная способность участка транспортной сети –

Тр

максимальное количество транспортных средств WЛок, которое теорети-

чески может пройти через сечение данного участка пути S в единицу вре-

Тр Тр

мени T: NЛок= max WЛок/T без учета возможностей пропуска транспорт-

ного потока на других участках.

Локальная пропускная способность участка путей пассажирских со-

общений – максимальное количество пассажиров М ЛокПас, которое теоре-

тически может пройти через сечение данного участка пути S в единицу времени T: NЛокПас= М ЛокПас/T = max WЛокТр ωr ow /T без учета возможностей пропуска пассажиров на других участках.

Локальная пропускная способность грузового участка пути – мак-

Гр

симальное количество грузов М Лок , которое теоретически может пройти

других участках.

3.3.2. Сетевая пропускная способность

Для водного потока сетевая пропускная способность русла NСет – максимальное количество воды MСет, которое фактически может пройти через сечение русла в единицу времени T с учетом состояния потоков на других участках сети: NСет= max MСет/T.

Тр

Сетевая пропускная способность участка транспортной сети NСет –

Тр

количество транспортных средств WСет, которое способен пропустить

20

данный участок сети S в единицу времени T с учетом состояния транс-

Сетевая пропускная способность участка путей пассажирских сооб-

щений NСетПас – количество пассажиров МСетПас, которое способен пропус-

тить данный участок сети в единицу времени T с учетом состояния всех потоков на других участках сети: NСетПас =МСетПас /T = max q МqПас , где

МqПас – количество пассажиров в группе, использующей способ пере-

движения q (для всех возможных корреспонденций); знак Σq – суммирование по всем таким группам.

Гр

Сетевая пропускная способность грузового участка пути NСет –

Гр

количество грузовМСет , которое способен пропустить данный участок сети в единицу времени T с учетом состояния всех потоков на других

участках сети: NСетГр =МСетГр /T = max ΣqMqГр, где MqГр – объем грузов в группе, использующей способ перемещения q (для всех возможных кор-

респонденций); знак Σq – суммирование по всем таким группам.

Сетевая пропускная способность – системное свойство сети; ее оценка зачастую сталкивается со сложностями и требует моделирования передвижений по сети, при этом локальная пропускная способность выступает в качестве ограничений на данном участке сети. В силу этого обстоятельства сетевая пропускная способность всегда меньше или равна локальной.

3.4. Корреспонденции

Понятие корреспонденции относится к системным характеристикам потока, т.е. таким характеристикам, которые зависят от транспортной системы в целом, включая сеть.

Корреспонденция водного потока из А в Б – среднее количество воды, переносимое из А в Б за единицу времени. Здесь следует обратить внимание на то, что если единица времени достаточно мала, то может оказаться, что частицы воды, вышедшие из точки А, не достигнут за это время Б. Поэтому для оценки корреспонденции оперируют интервалами времени, большими, чем время TАБ движения потока от А к Б, а затем приводят эту величину к заданному интервалу времени. Таким образом, корреспонденция – это абстракция, рассчитываемая по формуле МАБ = ОАБ /ТАБ , где ОАБ – объем воды, прошедший А и текущий к Б в данный момент времени; ТАБ – время движения потока между А и Б.

21