Spatial multi-criteria assessment of road network as a method of determining the level of comfort of the bicycle ride

Введение

Одной из важнейших особенностей современного градостроительства является комплексный подход к формированию городской среды. ^[16] При организации общественных пространств, в частности объектов улично-дорожной сети, ставятся задачи безопасности всех участников движения, повышения благоустройства и функциональной насыщенности, экологичности, улучшения её визуальных качеств. ^{[19, 20]}

В результате анализа мирового опыта, а также литературы по проектированию велотранспортной инфраструктуры [1-5, 13], были выявлены следующие принципы проектирования, обеспечивающие комфортное передвижение в городской среде на велосипеде: безопасность, прямолинейность, благоустройство, функциональная насыщенность, связность, корреляция с транспортной системой, корреляция с природным каркасом. Также анализ мирового опыта показывает, что целью является достижение комфортности передвижения на велосипеде в городской среде, а сам процесс проектирования и реализации конкретных объектов являются задачами в достижении цели. Вопросы экономии ресурсов стоят перед каждым городом, поэтому необходима разработка методики определения максимально эффективного расположения объектов велотранспортной инфраструктуры, а также её принципиальных планировочных решений.

Для рационального планирования объектов велотранспортной инфраструктуры (далее — ВТИ) необходимо провести комплексную оценку существующих объектов улично-дорожной сети, чтобы выявить те её сегменты, на которых комплексный коэффициент комфортности велосипедной поездки достаточно высок, и создание дорогостоящих обособленных объектов велотранспортной инфраструктуры не требуется, или, напротив, выявить те сегменты, где коэффициент комфортности требует повышения. Принципиальная модель формирования карты комфортности велосипедной поездки представлена на рис.1.

Рис. 1 Принципиальная модель формирования карты комфортности велосипедной поездки

Использование геоинформационных систем

Последние исследования в области транспортного планирования используют геоинформационные системы как наиболее подходящий инструмент для анализа пространственных данных ^{[6, 15]}, однако немногие из них сосредоточены на изучении велосипедного движения ^[10]. Одним из самых распространённых в мире семейством программных продуктов для анализа пространственных данных является ArcGIS, на его основе успешно осуществляется управление транспортной сферой сотен городов и регионов. ^[7] Для изучения велосипедного движения в мировой практике используется также расширение ArcGIS — модуль Network Analyst ^{[8, 9]} для автоматического решения транспортных задач на основе предусмотренных наборов сетевых данных.

В качестве примера разработки проектного предложения развития городской велотранспортной инфраструктуры в среде ArcGIS можно выделить исследование Марка Брюсселя в Университете Твенте, Нидерланды ^[9]. Входными данными в исследовании является информация о существующих объектах велотранспортной инфраструктуры. Вводятся следующие параметры: связность сети, коэффициент связующих узлов, основные маршруты передвижений, индекс доступности автобусных остановок, сведения о существующих линейных объектах ВТИ. На основании заданных параметров проводится анализ по нескольким показателям: анализ улично-дорожной сети (определение кратчайших маршрутов, используется расширение Network Analyst), анализ наложений (связь с другими источниками данных), анализ спроса на перемещение, анализ пригодности, анализ доступности. Результатом работы геоинформационной системы является научное обоснование расположения новых объектов ВТИ. Достоинствами разработанного алгоритма можно считать автоматизацию формирования проектного предложения, а также проектирование в условиях нехватки данных. Однако та же особенность относится и к недостаткам: в алгоритме не учтены локальные особенности, наблюдается недостаточная гибкость и адаптивность модели.

Автором предлагается рассмотреть улично-дорожную сеть как совокупность сегментов (пространственных данных), для каждого из которых задан ряд параметров (в таблице атрибутов слоя). Значения каждого заданного атрибута являются оценкой каждого сегмента по рассматриваемому критерию. Следует отметить, что в рамках данного исследования под сегментом подразумевается участок улично-дорожной сети со сходными параметрами по всем выявленным критериям комфортности велосипедной поездки, причём сегмент не обязательно совпадает с участком между перекрёстками. Процесс присвоения оценки каждому сегменту УДС — достаточно длительный процесс, однако иного способа учесть местные условия в мировой практике проектирования ВТИ не выявлено. Рассмотрим каждый критерий более подробно.

Критерии оценки улично-дорожной сети по комфортности велосипедной поездки

В качестве исходных данных для анализа существующей УДС ^[17] необходимо оценить сложившуюся ситуацию, рассмотрев принципы успешно реализованных проектов ВТИ как критерии оценки сегментов существующей улично-дорожной сети.

Безопасность передвижения на велосипеде является одним из самых важных критериев оценки комфортности. Исследования мирового опыта BYPAD ^[4] показывают, что на ранних стадиях развития ВТИ в городах на обеспечение безопасности необходимо выделить 60% ресурсов, так как критерий безопасности является основополагающим. Оценка безопасности производится методом натурных исследований, а также на основе анализа данных о разрешённой скорости движения по следующим факторам: трафик, разрешённая скорость движения, наличие существующих объектов ВТИ, установка соответствующих знаков и светофоров, обеспечение безопасности на перекрёстках. Предлагается следующая система оценки: 3 балла — наиболее безопасные для велосипедиста участки улично-дорожной сети. Сюда относятся площади и пешеходные зоны при существенном территориальном ресурсе, улицы и дороги с существующими линейными объектами ВТИ. Также оценка "3 балла" присваивается улицам с низким трафиком и небольшой скоростью движения (30-40 км/ч), где велосипедист может безопасно передвигаться в общем потоке с автомобильным транспортом. 2 балла — улицы и дороги со значительным трафиком, но имеющие достаточную ширину пешеходной зоны или обочины проезжей части, чтобы использовать её для перемещения на велосипеде в общем потоке с пешеходным или автомобильным движением. 1 балл — улицы и дороги со значительным автомобильным и пешеходным трафиком, не имеющие объектов ВТИ. Велосипедисту приходится двигаться в интенсивном общем потоке.

Прямолинейность пути имеет значение, так как при движении на велосипеде человек затрачивает физические силы на преодоление расстояния и стремится минимизировать его. За последние годы проведено множество исследований, которые сосредоточены на определении оптимального пути велосипедиста в планировочной структуре города ^{[5, 9, 10]}. Для общегородской улично-дорожной сети прямолинейность, как правило, совпадает со статусом автодороги: 3 балла — магистральные улицы и дороги, соединяющие жилые районы с точками притяжения с минимальным количеством поворотов, 2 балла — улицы и дороги районного значения, 1 балл — улицы местного значения.

На оценку критерия благоустройства влияет наличие следующих элементов: качественное покрытие горизонтальных поверхностей (предпочтительным для велосипедного движения является асфальтовое покрытие, а не тротуарная плитка); организация пандусов на съездах, пересечении с проезжей частью; достаточное освещение в тёмное время суток; наличие реализованных объектов ВТИ; наличие развязок в разных уровнях для разделения автомобильного движения с пешеходным и/или велосипедным движением; наличие крытых велопарковок. Каждому выявленному сегменту улично-дорожной сети присваивается комплексная оценка по критерию благоустройства для велосипедного движения по шкале от 1 до 3 баллов, где 1 балл — минимальное благоустройство (низкое качество покрытия, отсутствие пандусов на пересечении проезжей части с пешеходной зоной, отсутствие освещения), 2 балла — переменное качество покрытия и наличие некоторых оценивающихся элементов (например, только освещения), 3 балла — наиболее благоустроенные велосипедные маршруты, на которых либо реализованы объекты ВТИ, либо выполняются большинство требований к благоустройству.

Функциональная насыщенность сегментов улично-дорожной сети в контексте данного исследования означает концентрацию общественно-деловых и торговых функций, а также предприятий обслуживания на рассматриваемом участке, причём рассматриваются только те функции, которые привлекательны для велосипедиста (например, высокая концентрация магазинов или сервисов автозапчастей не учитывается). Оценка выставляется по той же балльной шкале: 3 балла для максимальной функциональной насыщенности, 1 балл — для минимальной.

Связность имеет значение при наличии реализованных объектов ВТИ, в случае их отсутствия связность не учитывается. При максимальном значении связности присваивается оценка 3 балла, при минимальной — 1 балл.

Корреляция с транспортной системой наиболее полезна, когда рассматриваются точечные объекты ВТИ, а именно их расположение в составе транспортно-пересадочных узлов или в непосредственной близости от них. Оценка сегментов улично-дорожной сети по критерию корреляции с транспортной системой присваивается на основе количества маршрутов общественного транспорта. Каждому выявленному сегменту улично-дорожной сети присваивается оценка по шкале от 1 до 3 баллов, где 1 балл — движение только личного автомобильного транспорта, 2 балла — движение по сегменту маршрутов рейсового автобусного транспорта, 3 балла — расположение на сегменте рельсового транспорта (трамвай, метрополитен, железнодорожный транспорт).

Критерий корреляции с природным каркасом оценивается по двум направлениям: наличию реализованных рекреационных маршрутов в зелёных зонах ^[14] и расположение объектов ВТИ с учётом рельефа. Существующие сегменты улично-дорожной сети предлагается оценить с точки зрения уклона, так как для комфортного передвижения на велосипеде уклон крайне важен. Большинство велосипедных маршрутов прокладываются пользователями по участкам с наименьшим уклоном. Каждому выявленному сегменту улично-дорожной сети присваивается оценка по шкале от 1 до 3 баллов, где 1 балл — ровный участок, 2 балла — умеренный уклон, 3 балла — значительный уклон.

Сформированы карты комфортности передвижения на велосипеде по критериям для г. Самара (рис. 2).

Рис. 2 Карты комфортности велосипедной поездки по критериям для г. Самара

Определение значимости каждого критерия

После оценки каждого сегмента улично-дорожной сети по критериям необходимо провести комплексную оценку, так как комфортность велосипедной поездки определяется всеми критериями в совокупности. В предшествующих исследованиях ^[19] автором были рассмотрены особенности восприятия городской среды в зависимости от способа передвижения. Для определения коэффициента значимости каждого критерия автором проведено социологическое исследование среди активных велосипедистов России (815 респондентов). Социологические исследования являются распространённым инструментом как в зарубежной, так и в отечественной практике проектирования городской велотранспортной инфраструктуры. ^{[11, 12]} Основными направлениями исследований является определение количества велосипедистов, точек притяжения, сдерживающих и стимулирующих факторов. Для определения значимости параметров городской среды автором предлагается использование оценочной шкалы от 1 до 5.

Анализ полученных оценок выявил следующие усреднённые коэффициенты значимости критериев: безопасность 19,51%, прямолинейность 14,51%, благоустройство 20,05%, функциональная насыщенность 19,57%, корреляция с транспортной системой 12,02%, корреляция с природным каркасом 14,34%.

Графическое отображение результатов социологического опроса среди активных велосипедистов приведено на рис.3.

Рис. 3 Результаты социологического исследования среди активных велосипедистов (815 респондентов)

Пространственная многокритериальная оценка в геоинформационной системе ArcGIS

Для визуализации данных и автоматизации процесса расчёта коэффициента комфортности поездки автором предлагается использовать геоинформационную систему ArcGIS. К пространственным данным о расположении сегментов улично-дорожной сети задаются новые параметры для присвоения оценки по каждому критерию.

На основании полученных коэффициентов значимости критериев автором была проведена пространственная многокритериальная оценка сегментов основного каркаса улично-дорожной сети г. Самара на основе геоинформационной системы ArcGIS. Из присвоенных каждому сегменту оценок по критериям (1-3 балла) был получен коэффициент комфортности велосипедной поезди следующим образом:

;

где — коэффициент, комфортности велосипедной поездки;

— оценка безопасности сегмента УДС с позиции велосипедного движения;

— оценка функциональной насыщенности сегмента УДС;

— оценка прямолинейности сегмента УДС;

— оценка благоустройства сегмента УДС;

— оценка корреляции сегмента УДС с транспортной системой;

— оценка корреляции сегмента УДС с природным каркасом.

Соответственно, максимальное значение коэффициента комфортности велосипедной поездки (если сегмент УДС получает максимальную оценку по всем показателям) составляет 3 балла. В результате проведённых вычислений каждый сегмент получает комплексную оценку комфортности велосипедной поездки в диапазоне от 1 до 3. Карта дифференциации сегментов УДС по коэффициенту комфортности велосипедной поездки для г. Самара представлена на рис. 4.

Рис. 4 Карта дифференциации сегментов УДС по итоговому коэффициенту комфортности велосипедной поездки

Выводы

Предложенный метод пространственной многокритериальной оценки учитывает не только планировочные, но и социальные аспекты, что даёт возможность говорить о достоверности результатов. Сверка результатов анализа с натурными исследованиями и gps-данными о перемещении велосипедистов показывает высокую степень корреляции с существующей активностью велосипедного движения.

На основании коэффициента комфортности велосипедной поездки и ряда других параметров автором предлагается дальнейшая разработка типологии планировочных решений велотранспортной инфраструктуры.