SYSTEMY TRANSPORTOWE wykład IX 26.10.2007

Kongestia

Kongestia powszechnie występuje z życiu gospodarczym i społecznym - pojęcie traktowane jest jako kategoria ekonomiczna. Termin „kongestia” jest pochodzenia łacińskiego, oznacza skupienie, nagromadzenie, zatłoczenie lub przeciążenie.

Kongestia może występować przy użytkowaniu lub konsumpcji wszystkich dóbr, zarówno ekonomicznych jak i dóbr wolnych. Najczęściej wiąże się ją z problemami dóbr publicznych.

Def.: [Rothenber. Za MC] sytuacja, w której więcej niż jeden nabywca ubiega się o pewne dobro, które nie może być dostarczone w postaci odrębnych jednostek - kongestia powstaje wówczas, gdy obecność innych konsumentów powoduje skutki uboczne.

W działalności gospodarczej pojęci doprecyzowuje się

Poza warunkiem pojawiania się w tym samym czasie większej liczby nabywców lub użytkowników, wskazuje się dwa warunki dodatkowe, przesądzające spowodowanie skutków ubocznych:

1)kongestia zachodzi tylko w takiej działalności gospodarczej, w trakcie której nabywcy lub użytkownicy dobra poświęcają dla jego uzyskania pewne zasoby

2) ilość zasobów wydatkowanych na jednostkę uzyskiwanego dobra lub też jakość dobra są ściśle uzależnione od czasu jego nabycia lub uzyskania.

Nieważne, co jest uznane za przyczynę powstania takich warunków, ważne, iż liczba nabywców lub użytkowników decyduje o czasie uzyskania i tym samym pośrednio o wielkości wydatkowanych zasobów lub o stopniu obniżenia jakości tego dobra.

Opisane warunki występują powszechnie w transporcie.

W tym przypadku termin kongestia uzupełniony jest przymiotnikiem transportowa lub ruchu.

Nigdzie też kongestia nie osiąga takiej skali ani nie jest tak uciążliwa jak w transporcie.

Z uwagi na miejsce powstawania, dzieli się kongestię na

1) kongestię na sieci transportowej

- na liniach (drogach) transportowych, ulegają jej pojazdy, a jej skutków

doświadczają właściciele pojazdów i ładunków oraz kierowcy i pasażerowie.

- w punktach (węzłach) transportowych - na dworcach w portach, itp… ulegają

jej także pojazdy bezpośrednio ładunki i pasażerowie..

2) kongestię w środkach transportu, której podlegają zarówno pasażerowie, jaki i

ładunki; wynikiem jest obniżenie jakości usług transportowych lub niemożność

skorzystania z nich w danym czasie; może to być spowodowane kongestią na sieci

Dodatkowym powodem kongestii na sieci transportowej może być konieczność kontroli pojazdów, ładunków i pasażerów lub modernizacją, naprawą lub przebudową dróg.

Szczególnym przypadkiem jest też zatłoczenie miejsc postoju pojazdów.

Na obszarach o gęstej zabudowie zatłoczenie powstaje głównie na skrzyżowaniach dróg.

W sieci transportowej wyróżnia się dwa specjalne rodzaje kongestii:

1) bottleneck (szyjka butelki) - gdy pewna część sieci ma przepustowość mniejszą od części sąsiednich, a ruch na tej części przekroczy jej przepustowość, powstaje sytuacja wąskiego gardła: zatory powstają w ruchu kierującym się przez dany segment sieci; ten rodzaj kongestii może zapoczątkować sytuację, w której zatory te zaczną utrudniać ruch nie kierując się przez ten segment sieci, powstaje wówczas kongestia określano jako…

2) triggernech (trigger - zapadka, spust, cyngiel) - może to doprowadzić do sytuacji, w której zatłoczenie ulic przecinających się na pewnym obszarze miasta powoduje całkowite zatrzymanie ruchu na tym obszarze, określane jako gridlock (blokadasieci)

Kongestia w punktach transportowych

W jednej gałęzi transportu: wy/załadunek towarów, wy/wsiadanie pasażerów, wpływa na czas i warunki przewozu towarów i pasażerów zaczynających lub kończących podróż danym środkiem transportu, ale i tych jadących tym środkiem transportu; tych, którzy skorzystają z tego przejazdu lub innego danej linii, ale i tych, którzy korzystają z innych linii, przebiegających przez ten sam węzeł transportowy.

W wielogałęziowych węzłach transportowych sytuacje jest jeszcze bardziej skomplikowana, bowiem zależy od sprawności przewozów na dwu lub większej liczbie sieci transportowych i od pracy węzła (punktu) transportowego. Mogą być w nim wykonywane przesiadki i przeładunki, ale też czynności związane z kompleksową obsługą pasażerów lub ze spedycją towarów. Występują tu współzależność wieloczynnikowa, wewnątrz- i międzywęzłowa, wymagająca koordynacji.

Koszty kongestii

Model jeden z najwcześniejszych, według listy kryteriów ustalania kosztów uwzględniających: (Chicago Area Transportation Study - 1965) :

- prędkość ruchu

- bezpieczeństwo ruchu

- koszty eksploatacji pojazdów

- koszty infrastruktury

- wpływ zmian w transporcie na wykorzystanie ziemi miejskiej

- długość przerw w ruchu spowodowanych przez inwestycje i usprawnienia.

Nowoczesny model kongestii uwzględnai wzrost kosztów bezpośrednich transportu:

- kosztów eksploatacji pojazdów

- kosztów utrzymania infrastruktury

- strat czasu użytkowników transportu oraz strat związanych z uciążliwością podrózy

- strat związanych z czasem trwania przewozów i warunkami wykonywania tych przewozów

- koszty wypadków

- strat wynikających z zanieczyszczenia środowiska

Koszty te występują przy każdym poziomie kongestii.

Natomiast do pośrednich kosztów kongestii należy zaliczyć tylko takie, które pojawiają się w przypadku przekroczenia kongestii ekonomicznie uzasadnionej.

Koszty eksploatacyjne pojazdów - największy udział w kosztach kongestii. Są to m.in. koszty obsługi i napraw, związane z wydłużeniem czasu pracy i pogorszeniem warunków eksploatacji.

Ekstremalne przykłady wzrostów takich kosztów w punktach transportowych występują w portach morskich.

Największe nasilenie kongestii na liniach transportowych występuje w miastach. Szacuje się, że udział kosztów kongestii w kosztach eksploatacji samochodów wynosi 15-20%.

Koszty utrzymania infrastruktury nie zależą silnie od kongestii, ale ich znaczenie gwałtownie rośnie, gdy natężenie ruchu rośnie do granicy dopuszczalnej technicznie (do przepustowości).

Koszty związane z czasem podróży (przewozu) - to największa część kosztów kongestii w ruchu pasażerskim, również znaczna część pochodnych kosztów przewozów towarowych (zapasy „In_Transit, pogorszenie jakości dostaw, może też jakości produktów, itd.)

Zmniejszenie kongestii

Za pomocą cen jest elementem polityki cenowej, przeszkody wynikają z cech popytu transportowego.

Przyczyny w trudności w stosowaniu cen, opłat i podatków (jednego lub kilku tych instrumentów) dla zmniejszenia kongestii:

- duża zmienność w czasie, w bardzo krótkich okresach (np. dojazd do/z pracy).

- małą elastyczność cenowa popytu (wielu rodzajów potrzeb, np. potrzeb związanych z zatrudnieniem lub innych tzw. obligatoryjnych).

Dla danej krzywej popytu istnieje tylko jeden optymalny poziom produkcji (przewozów).

Dla utrzymania kongestii na założonym poziomie w każdej chwili danego okresu, na przykład jednej doby, trzeba by stosować od kilkunastu do kilkudziesięciu różnych wysokości opłat lub cen. Jednocześnie im częstsze zmiany cen tym wyższe koszty ich stosowania oraz - koszty odpowiedniego poinformowania potencjalnych użytkowników.

Trzeba to uwzględnić przy ustalaniu liczby i wysokości poziomów opłat.

Jeżeli popyt jest mało elastyczny lub całkowicie nieelastyczny, to stosowanie instrumentów cenowych mija się z celem (zmniejszeniem kongestii).

Jeżeli takie potrzeby stanowią dominującą część potrzeb transportowych, to elastyczność popytu jako całości (transportu) jest bardzo mała.

Ponadto elastyczność popytu na konkretną usługę transportową zależy dodatkowo od możliwości wyboru stosującej przed użytkownikiem i jej krzywej elastyczności popytu.

Problem kongestii występuje największym nasileniem w czasie szczytów przywozowych, a więc w czasie, gdy większość potrzeb przewozowych stanowią potrzeby obligatoryjne.

Niska elastyczność (krzyżowa) popytu towarzyszy zawsze niedoinwestowaniu transportu.

W polityce ustalania opłat za użytkowanie infrastruktury należy uwzględnić zjawisko tzw., kosztów niedostrzegalnych, czyli tej części kosztów własnych użytkowników, których oni sami nie dostrzegają.

Poza instrumentami cenowymi istnieje szeroka gama sposobów zmniejszenie kongestii, które mogą być stosowane w krótkich lub długich okresach. Zawsze wymaga to zmiany relacji między popytem i podażą.

Rezultat taki może być osiągnięty dzięki:

- ulepszeniu sterowania i organizowania ruchu

- zwiększeniu wykorzystania środków transportu

- rozbudowaniu infrastruktury transportowej oraz zwiększeniu potencjału przewozowego oraz zmianom jej struktury.

- stosowaniu administracyjnych środków eliminacji i ograniczenia ruchu.

- zmianom rozkładu czasowego potrzeb pierwotnych, wywołujących efektywny popyt na przewozy.

- stosowaniu administracyjnych zakazów i nakazów ograniczających swobodę korzystania z pewnych celów ruchu.

- kształtowaniu wielkości i struktury przestrzennej miasta, a w tym zmianom lokalizacji źródeł i celów ruchu na obszarze miasta

Wymienione środki są powszechnie stosowane w miastach krajów wysoko rozwiniętych gospodarczo.

Z reguły stosuje się jednocześnie kilka z nich, a niekiedy nawet wszystkie.

Działania takie obniżają także całkowite koszty transportu.

Kongestia ruchu

Układ utworzony przez element systemu transportowego, przez który przepływa potok ruchu - można uważać za część drogi przewozu, a jego odwzorowaniem w modelu jest łuk lub węzeł sieci transportowej

Dla uproszczenie terminologii, traktowaną jak wyżej część drogi przewozu - nazwano drogą .

Każdy układ „droga - pojazd” charakteryzuje

czas minimalny

konieczny na pokonanie drogi.

Wielkość czasu minimalnego jest ograniczona od dołu charakterystyką drogi lub charakterystyką trakcyjną pojazdu.

Układ „droga - potok pojazdów” charakteryzuje

czas średni

konieczny do pokonania drogi przez przeciętny pojazd.

Dla danej charakterystyki drogi i charakterystyki trakcyjnej pojazdów czas średni jest ograniczony od dołu czasem minimalnym, a różnica tych czasów jest miarą oddziaływania na siebie pojazdów tworzących potok ruchu.

Fizyczną interpretacją tego oddziaływania jest czas tracony na rozwiązanie kolizji ruchowych, odniesiony do przeciętnego pojazdu.

Oznaczając miarę oddziaływań na siebie symbolem Δ zapiszemy

Wielkość Δ charakteryzuje układ „droga - potok pojazdów” wiążąc charakterystyki drogi z charakterystykami potoku ruchu..

Sytuacje prowadzące do strat czasu wynikających ze wspólnego użytkowania urządzeń lub jednoczesnego zgłaszania potrzeby obsługi nazywamy kongestią.

Sytuacje prowadzące do strat czasu wynikających ze wspólnego użytkowania drogi (ogólnie elementu, składnika sieci transportowej) przez wiele pojazdów tworzących potok ruchu nazywamy kongestią ruchu.

Także wielkość Δ możemy uważać za miarę kongestii ruchu charakterystycznej dla wspólnego użytkowania drogi przez wiele pojazdów tworzących potok ruchu.

W modelu systemu transportowego odwzorowanie kongestii ruchu mieści się w składniku (1) kosztu przewozu - koszcie ruchu opisanym funkcją k¹(x).

Ściślej, wynikiem kongestii ruchu jest nieliniowość związku między kosztem a intensywnością potoku ruchu charakterystyczną dużymi przyrostami strat czasu przy zbliżeniu się do pewnej wielkości granicznej.

Ze względu na sposób wzajemnego oddziaływania na siebie pojazdów tworzących potok ruchu rozróżniamy:

- ruch swobodny, oraz jego alternatywę:

- ruch trasowy (ruch pojazdów planowany wg wykresu ruchu).

Ruch pojazdów z prędkością ograniczoną {tylko} charakterystykami trakcyjnymi oraz chwilową sytuacją na drodze nazywamy ruchem swobodnym.

Ruch pojazdów według ułożonego planu przydzielającego każdemu pojazdowi trasę w czasoprzestrzeni nazywamy ruchem trasowym.

Dla ruchu swobodnego kongestię wyraża związek między intensywnością potoku ruchu x(w), gęstością potoku w i średnia prędkością v

Gdzie:

x(w) - intensywność potoku mierzona średnią liczbą pojazdów przechodzących przez

przekrój drogi w jednostce czasu przy gęstości potoku równej w

w - gęstość potoku mierzona średnią liczbą pojazdów na jednostkę długości drogi

v - średnia prędkość ruchu mierzona liczbą jednostek drogi na jednostkę czasu.

Dla ruchu transportowego kongestię wyraża związek między liczbą tras, gęstości tras i średnia prędkością ruchu.

Istota trasowania ruchu polega na wyznaczaniu trasy ruchu dla każdego pojazdu w czasoprzestrzeni, tzn. w układzie „droga - czas”.

Zakłada się , że ruch pojazdów jest realizowany zgodnie z wcześniej skonstruowanym wykresem ruchu,

Na drogach o pojedynczych pasach ruchu (np. linia kolejowa) pojawiają się sytuacje kolizyjne między pojazdami tworzącymi potok ruchu:

- wyprzedzanie pojazdu wolniejszego przez pojazd jadący z większą prędkością

- krzyżowanie (trajektorii) pojazdu z pojazdem jadącym w przeciwnym kierunku.

W ruchu trasowanym sytuacje kolizyjne rozwiązywane są przy konstruowaniu wykresu ruchu przez odpowiednie zaplanowanie tras ruchu.

Rozwiązanie sytuacji kolizyjnej na ogół wiąże się z zaplanowaniem straty czasu jednego z pojazdów.

Związek między średnia liczbą tras przeprowadzonych przez przekrój drogi w jednostce czasu i gęstości tras jest geometrycznie jednoznaczny dla każdego wykresu ruchu.

d = h/a

h - gęstość tras mierzona średnią liczbą tras na jednostkę długości drogi

d - średnia liczba tras przeprowadzonych przez przekrój drogi w jednostce czasu

a - współczynnik proporcjonalności; w interpretacji geometrycznej tgα,

α - kat który tworzy średnia trasa ruchu z osią czasu, w interpretacji fizycznej średnia

prędkość ruchu

Tak więc intensywność potoku ruchu w ruchu trasowanym odpowiada liczbom tras przeprowadzonych przez przekrój drogi w jednostce czasu.

Dla danych charakterystyk dróg i charakterystyk pojazdów tworzących potok ruchu wygodnie jest operować miarami odniesienia do wykresów ruchu, a mianowicie:

- oczekiwaną liczbą sytuacji kolizyjnych w konstruowanych wykresach ruchu.

-oczekiwanymi średnimi stratami czasu na rozwiązanie sytuacji kolizyjnych w konstruowanych wykresach ruchu.

Związek między oczekiwaną liczbą sytuacji kolizyjnych w konstruowanych wykresach ruchu i liczbą tras umieszczonych w tych wykresach wygodnie jest rozpatrywać, operując oczekiwaną liczbą tras nie zawierających sytuacji kolizyjnych.

z(d)

z(d) - oczekiwana średnia liczba tras w wykresie ruchu, nie zawierających sytuacji kolizyjnych przy liczbie tras równej d

d - średnia liczba tras przechodzących przez przekrój drogi w jednostce czasu

Graficzną ilustrację zależności z(d) przedstawia rysunek…..

Przy zmniejszaniu odległości między trasami w wykresach ruchu rośnie liczba tras d oraz intensywność potoku ruchu x

Ale jednocześnie wzrasta oczekiwana liczna pojazdów, dla których zaplanowane zostaną w wykresie ruchu straty czasu na rozwiązywanie sytuacji kolizyjnych.

Maksymalną oczekiwaną liczbę tras nie zawierających sytuacji kolizyjnych z_m uzyskuje się w wykresach ruchu przy liczbie tras d~, którą można nazwać optymalną liczbą tras charakteryzującą układ „droga - potok ruchu”.

Optymalnej liczbie tras w wykresie ruchu odpowiada optymalna intensywność potoku x~.

Przy liczbie tras dr, oczekiwaną liczbą tras nie zawierających sytuacji kolizyjnych jest zero.

Przykładem ruchu trasowanego jest ruch pociągów na liniach i stacjach kolejowych

1

SYSTEMY TRANSPORTOWE wykład IX 26.10.2007

---