Habilitációs tézisek
Közforgalmú közlekedési rendszerek modellezésének kérdései az utazási igények oldaláról
Szerző Dr. Horváth Balázs PhD egyetemi docens
Győr, 2012.
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék ......................................................................................................... 2 1 A kitűzött kutatási feladat, és előzményei............................................................ 3 1.1 Előzmények.................................................................................................. 3 1.2 A kutatási feladat.......................................................................................... 4 1.3 Publikációk ................................................................................................... 5 1.4 A vizsgálatoknál alkalmazott módszerek...................................................... 7 2 Új tudományos eredmények.............................................................................. 10 3 Összefoglalás, további kutatási lehetőségek..................................................... 14 Irodalomjegyzék ....................................................................................................... 15
2
1 A kitűzött kutatási feladat, és előzményei 1.1 Előzmények Az elmúlt évek, évtizedek társadalmi változásai jelentős változásokat okoztak a közlekedésben is. A korábbi szigorú, szabályozott munkarendek helyébe lépő rugalmas munkavégzés, a szuburbanizációs folyamat, és az ezekhez társuló növekvő motorizáció és növekvő autóhasználat eredményeképpen soha nem látott mértékben előretört Magyarországon is az egyéni közlekedés. Mindezek hatására egyre nagyobb torlódásokkal kell szembesülnünk. A növekvő motorizációval és növekvő autóhasználattal párhuzamosan az elmúlt 15-20 évben fokozatosan visszaesett a közforgalmú közlekedés részaránya (megjegyzendő, hogy az elmúlt másfél évben feltételezhetően a gazdasági válság hatására is e folyamat lelassult, sőt egyes helyeken visszafordult). Megelőzendő a városi közlekedés ellehetetlenülését új megoldásokat kell találnunk. E megoldások vonatkozhatnak az egyéni közlekedés visszatartására vagy a közforgalmú közlekedés előnyben részesítésére is. A közlekedés rendszere igen sok résztvevőből áll, a résztvevők egymással is kölcsönhatásban vannak, magas a befektetett tőke aránya. Emellett a rendszer a változásokra ugyan lokálisan igen gyorsan reagál, de rendszer szinten nagyon hosszú a reakcióidő. Mindezek miatt a közlekedési rendszerekben végrehajtott változásokat gondosan elő kell készíteni, meg kell tervezni, részletes hatásvizsgálatot kell végezni. A közlekedésben próbálgatásoknak helye nincs. Ezen előzményeket is figyelembe véve korábbi és jelenlegi kutatásaim is a közforgalmú közlekedési rendszerek modellezésére koncentrálnak. E kutatások négy részre oszthatók: - ráterhelési modellek a közforgalmú közlekedésben - utazási igények becslése a közforgalmú közlekedésben - utazási igények becsléséhez szükséges adatmennyiség definiálása a közforgalmú közlekedésben - elektronikus jegyrendszerekből nyerhető információk átalakítása utazási igénymátrixokká Kutatásaim korábbi szakaszában az első, az elmúlt időszakban pedig a második résszel foglalkoztam. A harmadik rész kutatásainak elvégzése a közeljövő feladata. Doktori disszertációmhoz vezető kutatások középpontjában az előzőekben említett közforgalmi ráterhelési eljárások álltak. Ezen eljárások feladata az utazási igények és a közforgalmi közlekedési szolgáltatás „összerendelése”, annak vizsgálata, hogy a felmerülő utazási igényeket hogyan tudja kielégíteni a közlekedési szolgáltatás [phd4]. E feladat elvégzésére sok, különböző módszer ismert, melyek többsége azonban inkább csak az egyéni közlekedés vizsgálatára alkalmas. Az elmúlt 20-30 évben egyre több, egyre jobb közforgalmú közlekedési modell jött létre melyek többek között Spiess, Florian, De Cea, Fernandez, Le Clerq, Chriqui, Nuzzolo, Russo, Crisalli, Hickman nevéhez köthető (részletes lista [28] vonatkozó részében található).
3
Ezek azonban nem voltak alkalmasak arra, hogy a hazai viszonylatban gyakran előforduló „ritka” viszonylatokra épülő közforgalmú közlekedési hálózatot megfelelően kezeljék [28]. Ezek együttesen vezettek ahhoz, hogy PhD kutatásaim középpontjába a közforgalmú közlekedési ráterhelés kerüljön. A kutatások során azonban világossá vált, hogy a megfelelő eredmények eléréséhez a teljes modellezési rendszert át kell gondolni. Ez a felismerés vezetett a PhD fokozat megszerzését követő kutatások elindításához.
1.2 A kutatási feladat Az előzményekben említetteknek megfelelően a kutatási feladat három fő része osztható: - közlekedési rendszerek modellezése hálózat-igény-ráterhelés logika helyett egy egységes rendszerben - közlekedési igények becslése minimális bemeneti adatmennyiség esetén - egyszerű, gyors igényalapú értékelési módszer közforgalmú közlekedési rendszerek értékeléséhez A három feladat szorosan összefügg és egymásra épül, tekintve, hogy az igényalapú értékelés elvégzéséhez ismernünk kell a közforgalmi közlekedési rendszer igénybevételét, akár tervezett scenario esetén is. Ahhoz azonban, hogy ezt meghatározhassuk, ismernünk kell a felmerülő igényeket is. Itt merül fel az első részkutatás kérdése, mennyire kell pontosnak lennie az igénymodellnek, mennyire kell arra törekedni, hogy a felmerülő igények leírása 100%-os legyen, vagy elegendő, ha a hálózat-igény-ráterhelés alkotta modellezési rendszer ad kellően pontos eredményt. Közlekedési rendszerek modellezése hálózat-igény-ráterhelés logika helyett egy egységes rendszerben E kutatási részfeladat célja, hogy igazolja, a közlekedési rendszerek makroszintű modellezésében az egyes részelemek pontossága, helyessége helyett fontosabb a teljese modellezési rendszer összesített pontosságára, helyességére koncentrálni. E kutatási részfeladat a többi kutatás részeként valósult meg. Közlekedési igények becslése minimális bemeneti adatmennyiség esetén Tanszéki kutatásaink, ipari megbízásaink során többször is felmerült a kérdés hogyan lehet minimális adatmennyiséggel meghatározni egy helyi közforgalmú közlekedési rendszeren megjelenő utazási igényeket. Tekintettel arra, hogy e téma egyre időszerűbbé vált, e célra egy külön kutatási feladat is létrejött [35]. E kutatás sikerére alapozva későbbi vizsgálatok során [36] alkalmazásra is került a kidolgozott módszertan. A kutatás lényege, hogyan lehet csak keresztmetszeti utasszámlálási adatok felhasználásával megbecsülni a helyi közforgalmú közlekedési hálózaton megjelenő utazási igényeket. A kutatás első részében kidolgozásra került egy valószínűségi alapon nyugvó becslési eljárás [2], [5], [16], [17], [19]. Az eljárás a fejlesztés különböző fázisaiban publikálásra került a további fejlesztések, javítások elősegítése érdekében. A kutatás további részében a kidolgozott módszertan részleges automatizálásához kifejlesztettem egy táblázatkezelő munkalapcsoportot, mely alkalmas arra, hogy egyszerű (hazai vidéki városokra jellemző) közforgalmú
4
közlekedési hálózaton megjelenő utazási igényeket megbecsülhessük. A vizsgálatok zárásaként összesen négy hazai városban kipróbálásra került az eljárás, ezek közül kettő eset részletes dokumentálása és publikálása is megtörtént. Ezek bizonyították, hogy átgondolt közlekedési hálózat-igény-ráterhelés hármas alkalmazásával kellően pontos eredmények érhetőek el. Mindkét dokumentált város esetében igen magas (R2=0,94..0,99) korrelációs együtthatót, és alacsony relatív hibát (9%, 18%) sikerült produkálni. Fontos azonban megjegyezni, hogy a kutatások azt is igazolták, hogy a kifejlesztett egyszerű módszer csak kis és közepes városokban hatékony, mivel nem képes kezelni az összetett, sok átszállásra épülő hálózatok szerkezetét. Egyszerű, gyors igényalapú értékelési módszer közforgalmú közlekedési rendszerek értékeléséhez Az előző kutatási feladathoz kapcsolódóan a gyakorlat oldaláról igényként merült fel [36], egy olyan egyszerű, gyors értékelési eljárás kidolgozása, mely alkalmas arra, hogy helyi közforgalmú közlekedési rendszereket mind az igénybevevő, mind az üzemeltető oldaláról vizsgálhassunk. E kutatási feladat első része, hogy azonosítsuk azokat a jellemzőket, melyek segítenek egy helyi közforgalmú közlekedési rendszer jellemzőinek számszerűsítésében. Második eleme e kutatásnak, hogy ezeket az elemeket rendszerbe foglaljuk, végül az eljárás segítségével értékelést adjunk. A kutatás során azonban nem volt cél, hogy olyan részletes, alapos értékelési eljárást dolgozzunk, mely helyettesíthet egy minden körülményre kiterjedő elemzést (például: Költség-Haszon Elemzés). Ezzel szemben cél volt, hogy az eljárás gyorsan, egyszerűen be tudja mutatni, mely fejlesztési változatokkal érdemes részletesen foglalkozni, melyeket célszerű már a vizsgálat elején elvetni. A kutatási feladatot a leírtak szerint egyfelől a PhD kutatások során érzékelt hiányosságok indukálták, másfelől a gyakorlati élet, a vállalati megbízások során előkerülő igények vezették.
1.3 Publikációk E habilitációs tézisfüzetben bemutatott kutatások az alábbi publikációkra épülnek, vagy azokban kerültek publikálásra a szakmai közönség elé (a PhD fokozat megszerzése óta közzétett releváns publikációk listája az Irodalomjegyzékben található): 1. Dr. Koren Csaba – Dr. Prileszky István – Dr. Horváth Balázs – Dr. Tóth-Szabó Zsuzsanna: Közlekedéstervezés Universitas-Győr Nonprofit Kft. Győr, 2007. pp196 ISBN: 978-963-9819-07-8 E könyv a közlekedéstervezéssel kapcsolatos ismeretek összefoglalását tartalmazza, külön hangsúllyal a közlekedési rendszerek modellezésére. A könyv vonatkozó fejezete (mely részben a PhD disszertációmra épül) képet ad a közlekedési rendszerek modellezésének elméleti hátteréről, gyakorlati alkalmazhatóságáról. A kutatások során e mű volt az egyik kiindulópont. 2. Dr. Horváth Balázs és társai: Városi közforgalmú közlekedési szolgáltatás javításának lehetőségei Zalaegerszegre adaptált modell segítségével Zala Volán Zrt. 2008.
5
E kutatási megbízás indukálta az igénybecsléssel kapcsolatos vizsgálatokat. A munka során kifejlesztésre került egy valószínűségi alapon nyugvó utazási igénybecslő eljárás, mely a későbbiekben pontosításra és validálásra került. 3. Dr. Horváth Balázs: Schlüssel der Verkehrsplanung - Methode zur Bildung zeitabhängiger Quell-Ziel-Matrizen Der Nahverkehr ISSN: 0722-8287 2010/3 5457 A cikk a második kutatási feladat során megoldandó igénybecslési eljárást írja le a kutatás egy korábbi fázisában. A mű egy gyakorlati példán keresztül igazolja a kifejlesztett valószínűségi alapon nyugvó utazási igénybecslő eljárás helyességét. 4. Horváth Balázs: Usage of complex counting and survey system in the planning of urban public transport system Acta Technica Jaurinensis - Series Transitus ISSN: 1789-6932 2011 Vol. 4. No. 2. 281-290 E publikáció csak részlegesen kapcsolódik a tárgyalt kutatásokhoz. Egy új (a Széchenyi István Egyetemen alkalmazott) az utazási igények rögzítésére alkalmas informatikai támogatású rendszert mutat be, illetve az ezzel elérhető előnyöket, és hasznokat részletezi. A rendszer elvi és gyakorlati felépítése egy fejlesztési projekt keretében valósult meg. 5. Horváth Balázs: A Simple Method to Forecast Travel Demand in Urban Public Transport Acta Polytechnica Hungarica ISSN: 1785-8860 2012 Vol. 9. No. 4 165176 (IF: 0,385) A cikk a korábbiakban kifejlesztett valószínűségi alapon nyugvó utazási igénybecslő eljárás végső változatát mutatja be egy jól dokumentált eset, egy hazai város példáját is felhasználva a validáláshoz. 6. Dr. Horváth Balázs: Forecasting of travel demand in urban public transport IEEE 16th International Conference on Intelligent Engineering Systems, Lisszabon 2012. június 13-15. E publikáció az előző IF értékű cikk folytatásának is tekinthető, mivel ebben az esetben még egy újabb város példáján is sikerült igazolni a korábbi elmélet helyességét. 7. Dr. Horváth Balázs: Helyzetfeltárás – adatgyűjtés Magyar Mérnökkamara – Közlekedési mesteriskola – Hálózattervezés Balatonföldvár, 2012. január 30. – február 3. A Magyar Mérnökkamara egy hetes gyakorló szakemberek számára szervezett képzésén tartott előadásomban a hangsúly a modellépítésbe bevont adatok és a modell összhangján volt. Ez előadás konklúziója kapcsolódik a hálózat-igényráterhelés rendszerben elképzelt közlekedési modell logikájához. 8. Dr. Horváth Balázs: A simple method for the demand based analysis of Urban Public Transport Systems 20th International PTV Vision Users Group Meeting, Karlsruhe 2010. október 19-20. Az előadás egy egyszerű, gyors közforgalmú közlekedési rendszerek értékelésére szolgáló eljárást mutat be, mely számítási alapját a VISUM közlekedéstervező rendszer adja. Ennek apropóján a világ jelenleg piacvezető közlekedéstervező szoftvergyártójának éves felhasználói találkozóján mutathattam be az eljárást.
6
9. Dr. Horváth Balázs: Nachfrage basierte Bewertung von ÖPNV mit VISUM – Beispiele aus Ungarn 3. österreichisches PTV Anwenderseminar, Salzburg, 2012. június 20-21. Az előadás a 8. előadás továbbfejlesztett változata, ahol egyszerű példák segítségével mutattam be vezető, osztrák szakembereknek az eljárás lényegét, alkalmazhatóságát általános környezetben. Az előadás igen tanulságos volt, mivel mind a hallgatóság, mind az én számomra világossá tette, hogy az elméleti modellre épülő gyakorlati modellmegvalósítás erősen függ a környezettől. 10. Dr. Horváth Balázs: Optimal service in public transport, can we afford it? Transport Research Arena Europe 2010, Brüsszel 2010. június 7-10. E publikáció közvetetten kapcsolódik a kutatások főirányvonalához, azok „melléktermékének” is tekinthető. A fő kutatási irányhoz tartozó vizsgálatok elvégzése során több esetben is felmerült a vizsgált közlekedési rendszerekre vonatkozó minimális és/vagy optimális szolgáltatási színvonal kérdése. E mű komplex rendszerként értelmezi a közlekedés egyéni és közforgalmú oldalát, azt egy egységes szerkezetben tárgyalja, és ebben az állapotában értelmezi az optimális szolgáltatás színvonalát, mely e cikk értelmében az a szolgáltatás, mely össztársadalmi szinten minimális támogatást igényel.
1.4 A vizsgálatoknál alkalmazott módszerek A PhD kutatásaim lezárását követő időszakban a szakma részéről igény merült fel egy egyszerű mátrixbecslési eljárás kidolgozására, mely alkalmas arra, hogy minimális adatigénnyel a tervezési feladatok ellátásához szükséges minőségben képes legyen utazási igényeket becsülni, akár időben változó módon is. Kutatásaim során felmértem, milyen adatok állhatnak rendelkezésre egy ilyen eljárás kidolgozásához, majd elméleti számítási modellt dolgoztam ki az utazási igények becsléséhez. Így létrehoztam egy olyan modellt, mely a közforgalmú közlekedési hálózat adataiból: - vonalhálózat - megállók - járati útvonalak - menetrend illetve a keresztmetszeti utasszámlálás adataiból (megállónkénti fel- és leszállószám időszakonként) dolgozik. Ezen adatokat felhasználva az eljárás két részből áll. Az eljárás első részében járatok (vagy vonalak) szintjén határozható meg az utazási igények honnan-hova szerkezete [2], [5]. Feltételezve, hogy egy adott megállóban felszálló utasok célpontjai (leszálló megállói) arányban állnak a járat hátra levő megállóiban leszálló utasok számának arányával, valószínűségi alapon meg tudjuk határozni egy adott megállóban felszálló utasok várható leszállási helyét. Ezt a valószínűséget (i. megállóban felszálló utas j. megállóban száll le) a következőképpen adhatjuk meg:
le j
Pi , j =
∑ le
k = i +1→n
ahol
lej
j. megállóban leszállók száma 7
k
n
megállók száma a viszonylat útvonalán
Ezek alapján az i-ből j-be utazok várható száma: f i , j = fel i ⋅ Pi , j
ahol
feli
i. megállóban felszállók száma
Tovább pontosítható az eljárás, ha figyelembe vesszük a járaton utazókra jellemző átlagos utazási távolságot is. Az átlagos utazási távolság kiszámítható a felszállók, és a megállóközök hosszának ismeretében:
l u ,átl =
∑l ⋅u ∑ fel
meg , k k =1→ n −1 r =1→ n
ahol
k
r
lmeg,k k. megállóköz hossza [km] n megállók száma a viszonylat útvonalán uk k. megállóközben utazók száma
Ebben az esetben annak valószínűsége, hogy egy utazó az i. megállóból a j. megállóig utazik a következő: 1 Pi , j =
l u ,átl − l i , j + 1
∑
k =i +1→ n
ahol
lu,átl-li,j
l u , átl
⋅ le j
1 ⋅ lek − li,k + 1
átlagos utazási távolság és különbségének abszolút értéke
a
vizsgált
utazás
hossz
Mielőtt a vázolt alapelvek szerint meghatározzuk a járaton utazók célforgalmát, le lehet választani bizonyos utazásokat, melyek biztosan megállapíthatók. Ezek azok az utazások, melyek akkor valósulnak meg, ha a járat üres volt, vagy egy megálló után üres lett. Ide tartozik az az eset is, mikor egy megállóban teljes utascsere történik, vagyis a leszállók leszállása után nem marad senki a járművön. E meggondolásból kiindulva a járat útját aljáratokra lehet bontani azon megállók között, ahol a járat vagy kiürült, vagy teljes utascsere történt. Ennek egy speciális esete az első és az utolsó megállóhoz tartozó megállóköz. Az eljárás második részében a vonalankénti utazási igényeket kell az átszállásokon keresztül egybefűzni [17], [19]. A járati utazások összefűzésének az alapja a megállónkénti átszállási arányok meghatározása, melyhez ismerni kell a hálózaton kialakuló optimális útvonalakat. Ezek alapján minden megállóban, minden reláció esetében meghatározható az érvényes átszállási korrekció. Az e két lépés során kialakított elméleti modellt később implementáltam, így létrejött egy fél automatikus működésű számítási eljárás. A fél automatikus működés alatt azt kell érteni, hogy a modell első része automatikus kiszámítható egy erre a célra 8
kialakított számolótábla segítségével, míg a második átszállásokat figyelembevevő résznél a lépésenként kiszámított és felhasznált átszállási korrekciós értékek felhasználása csak részlegesen lehetséges, azokat alkalmanként manuálisan korrigálni szükséges. Az előzőekben leírt és implementált eljárás tesztelése során [19] merült fel, hogy a kialakított mátrixbecslő eljárás önálló ellenőrzése nem lehetséges, sőt a gondolatmenet folytatásaként kiderült, hogy nem is szükséges, tekintettel arra, hogy a tervezési munka során a felhasználó minden esetben a hálózat-igény-ráterhelés rendszerbe visz be adatokat, és abból is vesz ki eredményeket. Ezek után nincs értelme a rendszer elemeit külön-külön vizsgálni, tesztelni, azokat egy egységes rendszer részének kell tekintetni. Ez azonban nem jelenti azt, hogy nincs szükség az egyes részek önálló fejlesztésére, hiszen e rendszernél is igaz, hogy a teljes rendszer pontossága, megbízhatósága a rendszer leggyengébb elemétől függ. E vázolt logikát felhasználva ellenőriztem a mátrixbecslő eljárást két hazai város példáján. Mindkét esetben várakozáson felüli pontosságot produkált az eljárás (R2=0,94..0,99; relatív hiba 9%, 18%).
1. ábra Mért és számított értékek összehasonlítása a mátrixbecslő eljárásban Az előzőekben leírt és kipróbált mátrixbecslő eljárást felhasználva alakítottam ki egy egyszerű, gyors értékelő rendszert, mely alkalmas a közforgalmú közlekedési rendszerek utazási igényeket is figyelembevevő előzetes értékelésére. Az eljárás során a mátrixbecslő eljárást felhasználva kiszámítom a várható utazási igényeket, ennek segítségével előrebecsülhető egy új, tervezett közforgalmú közlekedési rendszer igénybevétele, valamint az utas oldalt jellemző paramétereket. Az utasokat érő hatásokat leíró jellemzőket az alábbiakban lehet összefoglalni: - kapcsolatok száma - kapcsolathiányok száma - eljutási idő - kapacitás Az utasokra gyakorolt hatás egyik legfontosabb mutatószáma, hogy a vizsgálati időszak alatt hány eljutási lehetőség kínálkozik két terület között. Másfelől pedig ennek a fordítottja a kapcsolathiányos, vagyis valamilyen kritérium szerinti szűrés esetén kapcsolattal nem rendelkező relációk és az ott érintett utasok száma mértékadó. További értékelési szempont, hogy az utasok mennyi időt töltenek utazással, ez a relációnkénti utasszám és eljutási idő szorzataként állítható elő.
9
Hasonló elvek mentén felállítható az üzemeltetői oldal kritérium rendszere is, mely az alábbiakból állhat: - hasznos futás teljesítmény - szükséges járműszám - szükséges járművezetői létszám - beruházási igény A rendszer komplex értékeléséhez ezeket egy számítási eljárásba kell vonni. E komplex értékelés során az egyes tervváltozatokra, és a bázis időszakra vonatkozóan minden egyes mutatószámot kiszámítunk, majd ezek sorrendje alapján pontozzuk az egyes változatokat. Így a végső pontszám a vizsgált hét szempontban elért helyezési számból adódik ki: - megbízói oldal o hasznos futásteljesítmény (kisebb jobb) o járműigény (kisebb jobb) o létszámszükséglet (kisebb jobb) o beruházásigény (kisebb jobb) - igénybevevői oldal o súlyozott átszállás nélküli kapcsolatok száma (több jobb) o kapcsolathiány által érintett utasok száma (kisebb jobb) o súlyozott eljutási idő (kevesebb jobb) További vizsgálati szempont a szakaszonkénti kapacitáskihasználtság. Ha ez akárcsak egy szakaszon is meghalad egy előzetesen definiált határértéket, akkor a vizsgált változatot el kell vetni.
2 Új tudományos eredmények 1. Tézis Kidolgoztam egy minimális bemeneti adatigényű, időben változó utazási igények becslésére szolgáló mátrixbecslő eljárást helyi közforgalmi közlekedési hálózatokhoz Dr. Horváth Balázs és társai: Városi közforgalmú közlekedési szolgáltatás javításának lehetőségei Zalaegerszegre adaptált modell segítségével Zala Volán Zrt. 2008. Dr. Horváth Balázs: Schlüssel der Verkehrsplanung - Methode zur Bildung zeitabhängiger Quell-Ziel-Matrizen Der Nahverkehr ISSN: 0722-8287 2010/3 54-57 A PhD kutatásaim lezárását követő időszakban a szakma részéről igény merült fel egy egyszerű mátrixbecslési eljárás kidolgozására, mely alkalmas arra, hogy minimális adatigénnyel a tervezési feladatok ellátásához szükséges minőségben képes legyen utazási igényeket becsülni, akár időben változó módon is. Kutatásaim során felmértem, milyen adatok állhatnak rendelkezésre egy ilyen eljárás kidolgozásához, majd elméleti számítási modellt dolgoztam ki az utazási igények becsléséhez. Így létrehoztam egy olyan modellt, mely a közforgalmú közlekedési hálózat adataiból: - vonalhálózat - megállók 10
- járati útvonalak - menetrend illetve a keresztmetszeti utasszámlálás adataiból (megállónkénti fel- és leszállószám időszakonként) dolgozik. Ezen adatokat felhasználva az eljárás két részből áll. Az eljárás első részében járatok (vagy vonalak) szintjén határozható meg az utazási igények honnan-hova szerkezete [2], [5]. Feltételezve, hogy egy adott megállóban felszálló utasok célpontjai (leszálló megállói) arányban állnak a járat hátra levő megállóiban leszálló utasok számának arányával, valószínűségi alapon meg tudjuk határozni egy adott megállóban felszálló utasok várható leszállási helyét. Ezt a valószínűséget (i. megállóban felszálló utas j. megállóban száll le) a következőképpen adhatjuk meg:
Pi , j =
le j
∑ le
k = i +1→n
ahol
lej n
k
j. megállóban leszállók száma megállók száma a viszonylat útvonalán
Ezek alapján az i-ből j-be utazok várható száma: f i , j = fel i ⋅ Pi , j
ahol
feli
i. megállóban felszállók száma
Tovább pontosítható az eljárás, ha figyelembe vesszük a járaton utazókra jellemző átlagos utazási távolságot is. Az átlagos utazási távolság kiszámítható a felszállók, és a megállóközök hosszának ismeretében:
l u ,átl =
∑l ⋅u ∑ fel
meg , k k =1→ n −1 r =1→ n
ahol
k
r
lmeg,k k. megállóköz hossza [km] n megállók száma a viszonylat útvonalán k. megállóközben utazók száma uk
Ebben az esetben annak valószínűsége, hogy egy utazó az i. megállóból a j. megállóig utazik a következő: 1 Pi , j =
l u ,átl − l i , j + 1
∑
k =i +1→ n
ahol
lu,átl-li,j
l u , átl
⋅ le j
1 ⋅ lek − li,k + 1
átlagos utazási távolság és különbségének abszolút értéke
11
a
vizsgált
utazás
hossz
Mielőtt a vázolt alapelvek szerint meghatározzuk a járaton utazók célforgalmát, le lehet választani bizonyos utazásokat, melyek biztosan megállapíthatók. Ezek azok az utazások, melyek akkor valósulnak meg, ha a járat üres volt, vagy egy megálló után üres lett. Ide tartozik az az eset is, mikor egy megállóban teljes utascsere történik, vagyis a leszállók leszállása után nem marad senki a járművön. E meggondolásból kiindulva a járat útját aljáratokra lehet bontani azon megállók között, ahol a járat vagy kiürült, vagy teljes utascsere történt. Ennek egy speciális esete az első és az utolsó megállóhoz tartozó megállóköz. Az eljárás második részében a vonalankénti utazási igényeket kell az átszállásokon keresztül egybefűzni [17], [19]. A járati utazások összefűzésének az alapja a megállónkénti átszállási arányok meghatározása, melyhez ismerni kell a hálózaton kialakuló optimális útvonalakat. Ezek alapján minden megállóban, minden reláció esetében meghatározható az érvényes átszállási korrekció. 2. Tézis Igazoltam, hogy a gyakorlati tervezési feladatokban megbízhatóan használható az előzőekben kidolgozott minimális bemeneti adatigényű, időben változó utazási igények becslésére szolgáló mátrixbecslő eljárás Dr. Horváth Balázs: A Simple Method to Forecast Travel Demand in Urban Public Transport Acta Polytechnica Hungarica ISSN: 1785-8860 2012 Vol. 9. No. 4 165-176 (IF: 0,385) Dr. Horváth Balázs: Forecasting of travel demand in urban public transport IEEE 16th International Conference on Intelligent Engineering Systems, Lisszabon 2012. június 13-15. Az 1. tézisben vázolt mátrixbecslő eljárást két hazai város példáján ellenőriztem. Ezen ellenőrzések során az utasszámlálások biztosította mérési adatokat hasonlítottam össze a számítási eljárás során keletkezett eredményekkel. A számítási eljárások alapját mindkét esetben a mátrixbecslő eljárással alkotott utazási igény mátrix szolgáltatta. Az első város esetében a korrelációs együttható R2=0,94 volt, mely szoros kapcsolatot jelez a mért és számított értékek között, mindezt úgy, hogy a relatív hiba 9%-ra adódott. A másik város esetében a korrelációs együttható R2=0,99 volt, mely igen szoros kapcsolatot mutat, igaz egy kicsit magasabb (18%) relatív hiba mellett.
2. ábra Mért és számított értékek összehasonlítása a mátrixbecslő eljárásban
12
Mindezek alapján megállapítható, hogy az összehasonlító mérések eredményei igazolták, hogy az eljárás alkalmas a gyakorlati tervezések során az utazási igények modellezésére. 3. Tézis Közforgalmú közlekedési rendszerek vizsgálatára szolgáló közlekedési modellek esetén nem értelmezhető külön-külön a hálózati modell, igény modell és ráterhelési eljárás validálása, ezek csak együtt egy egységes rendszerként validálhatók és alkalmazhatók Dr. Horváth Balázs: Helyzetfeltárás – adatgyűjtés Magyar Mérnökkamara – Közlekedési mesteriskola – Hálózattervezés Balatonföldvár, 2012. január 30. – február 3. Az előzőekben leírt mátrixbecslő eljárás validálása során vált világossá, hogy a közlekedési rendszerek modellezésénél alkalmazott modellstruktúra nem teszi lehetővé az egyes elemek önálló ellenőrzését, az csak a rendszer részeként végezhető el. Az utazási igényeket leíró célforgalmi mátrix helyességének ellenőrzésekor a mátrix, mint a közlekedési rendszer modelljének bemeneti adata szerepel. Ezt követően a megalkotott közlekedési hálózati modell segítségével egy ráterhelési eljárás alkalmazásával elvégezhető a ráterhelés, melynek eredményeként létrejönnek azok a számítási eredmények, mutatószámok, melyek összehasonlíthatóak a mérési eredményekkel. Végső soron tehát az összehasonlítás egyik oldalán a mért értékek, míg a másik oldalán egy adott hálózati modellen lefuttatott ráterhelési eljárásba bevitt mátrix áll. Vagyis a mátrix (utazási igények) önállóan nem értelmezhető, eredményt csak a hozzákapcsolódó eljárásokkal, struktúrákkal együtt szolgáltat. 4. Tézis Kidolgoztam egy egyszerű, gyors igényalapú értékelési módszert közforgalmú közlekedési rendszerek előértékeléséhez Dr. Horváth Balázs: A simple method for the demand based analysis of Urban Public Transport Systems 20th International PTV Vision Users Group Meeting, Karlsruhe 2010. október 19-20. Dr. Horváth Balázs: Nachfrage basierte Bewertung von ÖPNV mit VISUM – Beispiele aus Ungarn 3. österreichisches PTV Anwenderseminar, Salzburg, 2012. június 2021. Az előzőekben leírt és kipróbált mátrixbecslő eljárást felhasználva alakítottam ki egy egyszerű, gyors értékelő rendszert, mely alkalmas a közforgalmú közlekedési rendszerek utazási igényeket is figyelembevevő előzetes értékelésére. Az eljárás során a mátrixbecslő eljárást felhasználva kiszámítom a várható utazási igényeket, ennek segítségével előrebecsülhető egy új, tervezett közforgalmú közlekedési rendszer igénybevétele, valamint az utas oldalt jellemző paramétereket. Az utasokat érő hatásokat leíró jellemzőket az alábbiakban lehet összefoglalni: - kapcsolatok száma - kapcsolathiányok száma - eljutási idő - kapacitás
13
Az utasokra gyakorolt hatás egyik legfontosabb mutatószáma, hogy a vizsgálati időszak alatt hány eljutási lehetőség kínálkozik két terület között. Másfelől pedig ennek a fordítottja a kapcsolathiányos, vagyis valamilyen kritérium szerinti szűrés esetén kapcsolattal nem rendelkező relációk és az ott érintett utasok száma mértékadó. További értékelési szempont, hogy az utasok mennyi időt töltenek utazással, ez a relációnkénti utasszám és eljutási idő szorzataként állítható elő. Hasonló elvek mentén felállítható az üzemeltetői oldal kritérium rendszere is, mely az alábbiakból állhat: - hasznos futás teljesítmény - szükséges járműszám - szükséges járművezetői létszám - beruházási igény A rendszer komplex értékeléséhez ezeket egy számítási eljárásba kell vonni. E komplex értékelés során az egyes tervváltozatokra, és a bázis időszakra vonatkozóan minden egyes mutatószámot kiszámítunk, majd ezek sorrendje alapján pontozzuk az egyes változatokat. Így a végső pontszám a vizsgált hét szempontban elért helyezési számból adódik ki: - megbízói oldal o hasznos futásteljesítmény (kisebb jobb) o járműigény (kisebb jobb) o létszámszükséglet (kisebb jobb) o beruházásigény (kisebb jobb) - igénybevevői oldal o súlyozott átszállás nélküli kapcsolatok száma (több jobb) o kapcsolathiány által érintett utasok száma (kisebb jobb) o súlyozott eljutási idő (kevesebb jobb) További vizsgálati szempont a szakaszonkénti kapacitáskihasználtság. Ha ez akárcsak egy szakaszon is meghalad egy előzetesen definiált határértéket, akkor a vizsgált változatot el kell vetni.
3 Összefoglalás, további kutatási lehetőségek Kutatásaim, illetve az azokra épülő gyakorlati projektek során bebizonyosodott, hogy a közlekedési rendszerek modellezése hálózat-igény-ráterhelés logika helyett egy egységes rendszerben is kezelhetőek, a vizsgált esetek során kellően pontos eredményt szolgáltattak. Ezzel együtt sikerült kidolgozni egy egyszerű, gyors értékelési módszert, mely alkalmas közforgalmú közlekedési rendszerek előértékelésére abból a célból, hogy kiderítsük mely scenárió alkalmas a további vizsgálatra, melyet kell elvetni már az első lépések során. Ezen értékelés működéséhez sikerült kidolgozni egy mátrixbecslő eljárást, mely kisvárosi körülmények között meglehetősen pontos eredményt szolgáltat a helyi közforgalmú közlekedési hálózaton felmerülő utazási igények becslésére. A közeljövő feladatai két részre oszthatók. A kutatások egyik részének feladata, hogy igazolja, a jelenleginél egyszerűbb felépítésű, de nagyobb számításigényű (ugyanakkor automatizálható) mátrixbecslő 14
eljárással is elérhető hasonló pontosság. Másfelől felmerül a kérdés, mennyiben függ a kezdeti adatok mennyiségétől, pontosságától a ráterhelés eredményeképpen becsült igénybevétel. Vajon a statisztikailag elfogadható mennyiségű és minőségű minta valóban elengedhetetlenül szükséges-e a kellően pontos eredmények eléréséhez. Ez a kutatás összefüggésben áll az előzőekben említett hálózat-igényráterhelés logika helyetti egységes rendszer gondolatsorral, hiszen a kalkulált utazási igények (célforgalmi mátrix) helyességét csak a felépített modell alkalmazásával tudjuk ellenőrizni, így az ellenőrzés során nem lehetséges csak a mátrixot, annak helyességét ellenőrizni, hanem csak együtt a hálózati modellel és ráterhelési eljárással. A kutatások másik része (részben függetlenül az előzményektől egy támogatott kutatás részeként – TÁMOP422C) azt lesz hivatott vizsgálni, hogyan milyen módszerekkel lehet az utazási igényeket (célforgalmi mátrix) az elektronikus jegyrendszerek adataiból előállítani, különös tekintettel az autóbuszos közlekedésben gyakran alkalmazott „Check In” típusú rendszerek alkalmazása esetén. E kutatáshoz kapcsolható még az utazások időbeliségének és időzítésének vizsgálata is. A kutatási feladat teljesülése esetén olyan igénybecslő eljáráshoz jutunk, mely akár minden nap képes utazási igényadatokat produkálni különösebb többlet erőforrás bevonása nélkül. Ugyan ma Magyarországon nincs üzemszerűen működő elektronikus jegyrendszer a helyi közforgalmú közlekedésben, de a nemzetközi trendeket figyelve előbb-utóbb megjelennek ezek a rendszerek. Előzetes felkészülés nélkül nem fogunk tudni mit kezdeni a naponta gyűlő hatalmas adatmennyiséggel, ami azonban a kutatási elképzelés szerint alkalmas a helyi közforgalmi közlekedési hálózat ellenőrzéséhez, tervezéséhez használandó információk előállítására.
Irodalomjegyzék A kutatási téma szempontjából releváns, a PhD fokozat megszerzése óta (2005) született publikációk jegyzéke. Könyv [1] Dr. Koren Csaba – Dr. Prileszky István – Dr. Horváth Balázs – Dr. Tóth-Szabó Zsuzsanna: Közlekedéstervezés Universitas-Győr Nonprofit Kft. Győr, 2007. pp196 ISBN: 978-963-9819-07-8 Folyóirat cikk - Lektorált – külföldön megjelent idegen nyelvű [2] Dr. Horváth Balázs: Schlüssel der Verkehrsplanung - Methode zur Bildung zeitabhängiger Quell-Ziel-Matrizen Der Nahverkehr ISSN: 0722-8287 2010/3 5457 Lektorált – Magyarországon megjelent idegen nyelvű [3] Horváth Balázs: A new public transport assignment model Acta Technica Jaurinensis ISSN:1789-6932 2008/1 93 – 108
15
[4] Horváth Balázs: Usage of complex counting and survey system in the planning of urban public transport system Acta Technica Jaurinensis - Series Transitus ISSN: 1789-6932 2011 Vol. 4. No. 2. 281-290 [5] Horváth Balázs: A Simple Method to Forecast Travel Demand in Urban Public Transport Acta Polytechnica Hungarica ISSN: 1785-8860 2012 Vol. 9. No. 4 165176 (IF: 0,385) Lektorált – magyar nyelvű [6] Dr. Tóth János – Dr. Horváth Balázs: Rugalmas közlekedési rendszerek tervezésének alapjai (utascsoportok, elméleti modellek) Közlekedéstudományi Szemle 2006/7. 263 – 268 [7] Dr. Horváth Balázs: Tömegközlekedési ráterhelési modellek fejlődése Közlekedéstudományi Szemle 2007/5 175 – 182 [8] Dr. Horváth Balázs: Tömegközlekedési ráterhelési modellek értékelő elemzése és fejlesztése Közúti és Mélyépítési Szemle 2008/8 33-33 [9] Dr. Horváth Balázs: Optimális szolgáltatási színvonal a közforgalmú közlekedésben Városi Közlekedés 2010/4 239-242 Nemzetközi részvételű konferencia kiadványban megjelent - Lektorált – idegen nyelvű [10] Dr. Prileszky István - Dr. Horváth Balázs: Demand responsive transport in the region of Gyor: needs, barriers and solutions Mobility Show, Workshop: Flexible services in the overall context of public mobility, CarraraFiere 2006.szeptember 21-23. [11] Dr. Prileszky István - Dr. Horváth Balázs - Farkas István: Service concept for people with mobility impairments in Győr MASCARA Final Conference, Firenze 2007. május 24-25. p79-86 [12] Dr. Horváth Balázs: Demand responsive transport in Western Europe and in Hungary MOBILITA'07 Sustainable mobility in urban areas, Pozsony 2007. május 24-25. p109-114 [13] Dr. Horváth Balázs: Analyse und Entwicklung von ÖV-Umlegungsmodellen 21. Verkehrswissenschaftliche Tage, Dresden 2007. szeptember 24-25. [14] Dr. Horváth Balázs: Assessment analysis and development of public transport assignment models Transport Research Arena Europe 2008, Ljubljana 2008. április 21-24. [15] Dr. Horváth Balázs: Optimal service in public transport, could we afford it? 12th International Conference on Transport Science, Portoroz 2009. június 4-5. [16] Dr. Horváth Balázs: Forecasting of travel demand in urban public transport 12th International Conference on Transport Science, Portoroz 2009. június 4-5. [17] Dr. Horváth Balázs: Forecasting of travel demand in urban public transport Transport Research Arena Europe 2010, Brüsszel 2010. június 7-10. [18] Dr. Horváth Balázs: Optimal service in public transport, can we afford it? Transport Research Arena Europe 2010, Brüsszel 2010. június 7-10. [19] Dr. Horváth Balázs: Forecasting of travel demand in urban public transport IEEE 16th International Conference on Intelligent Engineering Systems, Lisszabon 2012. június 13-15.
16
Magyar nyelvű, kiadványban megjelent konferencia előadás [20] Dr. Horváth Balázs: Rugalmas közlekedési rendszerek helye, szerepe a mobilitási láncban „Innováció és fenntartható felszíni közlekedés” MMA Symposium 2007., Budapesti Műszaki Főiskola, Budapest, 2007. szeptember 4-6. [21] Dr. Horváth Balázs: Rugalmas közlekedési rendszerek a fenntartható városért Települési környezet konferencia, Debrecen, 2007. november 8-10. [22] Dr. Horváth Balázs: A tervezett győri rugalmas közlekedési rendszer bemutatása „Rugalmas közlekedési rendszerek a fenntartható mobilitás szolgálatában” Széchenyi István Egyetem, Győr, 2007. november 12-13. [23] Dr. Horváth Balázs: Aprófalvas területek közforgalmú közlekedésének innovatív szervezése „Innováció és fenntartható felszíni közlekedés” MMA Symposium 2008., Budapesti Műszaki Főiskola, Budapest, 2008. szeptember 3-5. [24] Dr. Horváth Balázs: Utazási igények becslése a közösségi közlekedésben „Innováció és fenntartható felszíni közlekedés” MMA Symposium 2009., Budapesti Műszaki Főiskola Budapest, 2009. szeptember 3-5. [25] Dr. Horváth Balázs: Egy egyszerű módszer közforgalmú közlekedési rendszerek értékelésére „Innováció és fenntartható felszíni közlekedés” MMA Symposium 2010., Budapesti Műszaki Főiskola Budapest, 2010. szeptember 2-4. ISBN 978963-88875-0-4 [26] Dr. Horváth Balázs: Komplex utasszámláló és kikérdező rendszer alkalmazása helyi közforgalmú közlekedési rendszerek tervezésében Közlekedéstudományi Konferencia Győr 2011., Széchenyi István Egyetem, 2011. március 24-25. ISBN 978-963-9819-62-7 [27] Dr. Horváth Balázs: Helyzetfeltárás – adatgyűjtés Magyar Mérnökkamara – Közlekedési mesteriskola – Hálózattervezés Balatonföldvár, 2012. január 30. – február 3. Disszertációk, tézisek [28] Horváth Balázs: Tömegközlekedési ráterhelési modellek értékelő elemzése és fejlesztése (PhD disszertáció) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Közlekedésmérnöki Kar 2005. Konferencia előadás idegen nyelven [29] Dr. Horváth Balázs: A simple method for the demand based analysis of Urban Public Transport Systems 20th International PTV Vision Users Group Meeting, Karlsruhe 2010. október 19-20. [30] Dr. Horváth Balázs: Nachfrage basierte Bewertung von ÖPNV mit VISUM – Beispiele aus Ungarn 3. österreichisches PTV Anwenderseminar, Salzburg, 2012. június 20-21. Konferencia előadás magyar nyelven [31] Dr. Horváth Balázs: Tömegközlekedési rendszerek tervezése és értékelése „Magyar Tudomány Ünnepe” Széchenyi István Egyetem, Győr, 2007. november 7.
17
[32] Dr. Horváth Balázs: Közösségi közlekedési rendszerek tervezése és a városi közlekedés - Káosz vagy fenntarthatóság? SZE-MTK Kari Tudományos Műhely – mini szeminárium Győr, 2009. április 15. [33] Dr. Horváth Balázs: Tömegközlekedési ráterhelési modellek értékelő elemzése és fejlesztése „Fiatal tudósok eredményei a közlekedéstudomány területén” Magyar Tudományos Akadémia, Műszaki Tudományok Osztálya, Budapest, 2009. május 7. Kutatási jelentés magyar nyelven [34] Dr. Prileszky István és társai: Székesfehérvár város helyi tömegközlekedési szolgáltatásának javítása komplex hatékonysági kritériumok alapján UniversitasGyőr Nonprofit Kft. 2008. [35] Dr. Horváth Balázs és társai: Városi közforgalmú közlekedési szolgáltatás javításának lehetőségei Zalaegerszegre adaptált modell segítségével Zala Volán Zrt. 2008. [36] Dr. Prileszky István és társai: Városi közforgalmú közlekedési hálózatok összehasonlító értékelési módszerének kidolgozása és alkalmazása a tatabányai közforgalmú közlekedési hálózatra Universitas-Győr Nonprofit Kft. 2009. [37] Dr. Prileszky István és társai: Dunaújváros helyi tömegközlekedési szolgáltatásának fejlesztése komplex hatékonysági kritériumok alapján Universitas-Győr Nonprofit Kft. 2009. [38] Dr. Horváth Balázs és társai: Eger megyei jogú város helyi közforgalmú közlekedési vonalhálózatának és menetrendjének megújítása Universitas-Győr nonprofit kft. 2011.
18
