“Перспективный вид общественного транспорта для больших и средних городов” — главная идея в кратком пересказе30.05.2023 16:31

ieyu_3giufw76botmzyglcmwm0y.jpeg
(источник)

Зачем нужна еще одна статья.


Недавно я опубликовал цикл статей «Дешевый как автобус, удобный как такси …»:
1) «Предварительный анализ»,
2) «Эксперименты на торе»,
3) «Практически значимые решения»,
посвященных тому, как сделать общественный транспорт больших городов полностью беспересадочным. Собственно, в последней из них я подробно описал схему движения микроавтобусов, которая позволяет им действовать почти как такси, но перевозить при этом по 5–10 пассажиров сразу. Такого рода транспорт позволил бы жителям города безо всяких пересадок доехать от любого перекрестка к любому, причем сделать за время, сравнимое с поездкой на личном автомобиле, и по цене, близкой к стоимости билета на обычный городской автобус. Обратная связь от читателей показала, что я выбрал крайне неудачный способ подачи информации и в результате мало до кого смог донести суть дела.

Должен признаться, что три предыдущие три статьи были написаны так, чтобы прочитавший их человек сумел применить полученные знания на практике или продолжить начатые мной исследования самому. К сожалению, мое желание «научить» вылилось в почти 100 страниц не самого простого математического текста, что явно много для читателей, которые хотели бы просто познакомиться с идеей. Здесь я попытаюсь исправить эту ошибку и рассказать о технологии автобусного такси хоть и поверхностно, но зато достаточно коротко и просто.

Принцип работы.


В качестве модели возьмем квадратный город, который поделен на кварталы размера $d \times d$ сеткой из $N$ горизонтальных и $N$ вертикальных прямолинейных улиц.

image


(рис 1)

Для простоты будем считать, что интенсивность путешествий жителей города из любой его точки в любую одинакова. Простейший способ организовать в таком городе пассажирское сообщение — это по каждой улице пустить свой маршрут автобусов с остановками на каждом ее перекрестке. Всего потребуется $2N$ маршрутов. Образованную ими сеть договоримся называть простейшей. Пользуясь маршрутами простейшей сети, жители города смогут от любой остановки доехать до любой другой остановки всего с одной пересадкой. Поскольку длина улицы пропорциональна $N$, то для обслуживания простейшей сети понадобится порядка $2N \times N \sim N^2$ автобусов.

Можно ли построить такую сеть автобусных маршрутов, чтобы от любого перекрестка к любому путешественник мог доехать вообще без пересадок? Да можно. Чтобы построить такую сеть, заметим, что любые два перекрестка клеточного города лежат по крайней мере на двух $\Gamma$-образных маршрутах: по крайней мере на одном, который упирается в верхнюю границу города («верхнем») и по крайней мере на одном, который упираются в нижнюю («нижнем»). Если мы пустим автобусы по всем верхним $\Gamma $-образным маршрутам, то получим полностью беспересадочный общественный транспорт. Беда только в том, что такое решение будет крайне неэффективным. Чтобы понять почему, обратимся к оценкам:

image


(рис 2 «верхний» и нижний Г-образные маршруты)

Число верхних $\Gamma$-образных маршрутов по порядку величины есть «число горизонтальных улиц» $\times$«число вертикальных улиц» $\sim N^2$, то есть где-то в $N$ раз больше, чем число маршрутов в простейшей сети. В то же время длина $\Gamma$-образных маршрутов сопоставима с длиной улицы, а значит на каждый из них нам придется выставить порядка $N$ автобусов. Получается, что беспересадочная сеть из верхних $\Gamma$-образных маршрутов требует в $\sim N$ раз больше автобусов, чем требовалось для простейшей. Если сеть из уголковых маршрутов использует в $\sim N$ раз больше автобусов, то в каждом таком автобусе едет в среднем в $\sim N$ раз меньше пассажиров. Для больших $N$ и тем же самым $\Delta T$ разрыв в экономической эффективности между простейшей и уголковой сетями будет катастрофическим. Можем ли мы его как-то уменьшить? Оказывается, что «Да».

Увеличить среднюю загрузку автобусов уголковой сети позволяют две технологические уловки: удлинение интервала $\Delta T$ и переход от движения по фиксированному маршруту к движению по частично свободному адаптивному маршруту внутри специальным образом очерченного пространственного коридора. На первой уловке я не буду останавливаться — она сугубо оптимизационная, а вот о второй стоит поговорить подробно.

Сначала опишем типичное путешествие вдоль уголкового маршрута. Когда остановки расположены на одной и той же улице, за перевозку путешественников от первой ко второй конкурируют сразу много уголковых маршрутов, а вот если они находятся на разных улицах, то такой уголковый маршрут есть только один. Получается, что при достаточно больших $N$ почти все пассажиры, которые поедут каким-то уголковом маршрутом, сядут на одной его стороне (например, на горизонтальной), а выдут — на другой (соответственно на вертикальной). В среднем случайный пассажир проедет примерно половину каждой из сторон.

Чтобы понять, как можно повысить эффективность беспересадочной сети, рассмотри период времени, когда автобус едет сперва по горизонтальной стороне уголкового маршрута $\gamma$, а затем уже сворачивает на его вертикальную сторону. Малая средняя загруженность этого автобуса означает, что суммарно от остановок горизонтальной стороны $\gamma$ слишком мало пассажиров желает доехать до остановок вертикальной. Этому могут быть две причины:
a) на горизонтальной стороне $\gamma$ попросту слишком мало остановок;
b) слишком мало остановок на вертикальной стороне $\gamma$, как следствие мала вероятность, что путешественнику, пришедшему на одну из остановок горизонтальной стороны $\gamma$, этот автобус будет по пути.
Почему бы нам тогда не попытаться увеличить число остановок, с которых автобус уголкового маршрута собирает или по которым развозит своих пассажиров?

Изменим схему движения следующим образом: вместо $\Gamma$-образного маршрута, состоявшего из участка всего одной горизонтальной и участка всего одной вертикальной улиц, пустим автобусы по $\Gamma$-образным коридорам с шириной горизонтального и вертикального участков сразу в несколько улиц. От автобусов мы потребуем, чтобы они подбирали находящихся впереди пассажиров по всей ширине назначенного им коридора. Предполагаемый алгоритм обхода точек посадки/высадки схематически изображен на рисунке (*)

wwpl4wds-dxzevabfobhzvuryr0.jpeg
(рис 3 Г-образный маршрут слева и Г-образный маршрутный коридор справа)

Оценки среднего числа пассажиров в автобусе, соответствующее параметрам реальных городов.


В конце статьи 3 я проделал модельные расчеты, где попытался учесть все основные причины потерь времени в путешествии на автобусном такси: необходимость ждать подходящий автобус, неоптимальность совместного маршрута, разгон и торможение, повороты на перекрестках, посадку и высадку попутчиков. В качестве ограничения там использовалось требование, чтобы типичное путешествие на автобусном такси длилось не более чем в полтора раза дольше аналогичного путешествия на личном автомобиле. Ради простоты в этих вычислениях было использовано допущение, что реальные города являются клеточными и имеют форму квадрата. В результате были получены следующие значения для средней (приведенной) загруженности $n_{pass}^{true}$ автобусов совместного такси и интервала $\Delta T^{true}$ их движения внутри коридоров:

Условный квадратный Нью-Йорк (Лондон, Москва):
$n_{pass}^{true} \approx 5.9$ чел.
(в угловой зоне коридора $\approx 11.8$ чел.)
$\Delta T^{true} \leq 11.7 \cdot 5.9/10.6 = 6.5$ мин.

Условный квадратный Берлин:
$n_{pass}^{true} \approx 5.3$ чел.
(в угловой зоне коридора $\approx 10.6$ чел.)
$\Delta T^{true} \leq 12.5 \cdot 5.3/8.4 = 7.9$ мин.

Условный квадратный Париж:
$n_{pass}^{true} \approx 3.75$ чел.
(в угловой зоне коридора $\approx 7.5$ чел.)
$\Delta T^{true} \leq 6.7 \cdot 3.75/5.7 = 4.0$ мин.

Условная квадратная Прага:
$n_{pass}^{true} \approx 4.0$ чел.
(в угловой зоне коридора $\approx 8.0$ чел.)
$\Delta T^{true} \leq 9.6 \cdot 4/5.5 = 7.0$ мин

Условный стандаотный квадратный полумиллионный город.
население $500K$ чел,
плотность $5000$ чел/кв км,
$n_{pass}^{true} \approx 2.5$ чел.
(в угловой зоне коридора $\approx 5.0$ чел.)
$\Delta T^{true} \leq 6.7 \cdot 2.5/2.8 = 6.0$ мин

Желаемый образ транспортного средства.


Как показывают приведенные выше цифры, беспересадочном автобусе должно быть место для комфортного размещения примерно 10 пассажиров. Но только не думайте, что такие автобусы должны напоминать вам стереотипная «маршрутку». Нет, план совсем в другом. Смотрите, у нас есть неплохая скорость, отсутствие пересадок, быстрая подача и частое расположение остановочных пунктов. Давайте не поскупимся добавить к этим качествам достаточный уровень комфорта, и мы получим вид транспорта, который имеет все шансы составить серьезную конкуренцию личному автомобилю. Если это случится, то на улицах станет горазда меньше машин, а значит уйдут в прошлое пробки, снизится уровень шума и станет чище воздух. Выиграют даже те горожане, кто останется верным своему личному автомобилю, ведь они будут тратить на дорогу меньше времени и испытывать от нее меньший стресс.

И так, нам нужен маленький комфортный автобус, приспособленный под роль городского общественного транспорта. Есть ли в мире примеры таких концептов. На мой взгляд, есть, и из тех, что я видел, больше всего мне понравились дизайны автобусов, которые разрабатываются в качестве беспилотных. Вы только посмотрите на фотографии! Разве вы бы не хотели, чтобы в вашем городе общественный транспорт выглядел именно так?

gylo2tbrb3m-pa1xo4vqhz_8rke.jpeg
(концепт арт из интернета, источник не найден)

ubp5niqjiez1dgbj3z_asnztvyy.jpeg
(концепт арт источник: yankodesign.com)

q0aads43t6ow9flkq6yqyq6qs-y.jpeg
(дизайнерский проект источник: coroflot.com/krassi_dimitrov2/Eolo)

pahxuogprzv_iyzbl2-hi6b04jg.jpeg
(такой автобус обещали запустить в Сингапуре еще в 2022 году, источник bbc.com/news/business-42090987)

xlh1r1dnml_oim_0oo8qgib2bd4.jpeg
(дизайн от Bosh, источник erticonetwork.com/bosch-presents-tomorrows-mobility-today/)

ieehc48zf6jehq9rgxsdsvlj-yo.jpeg
(дизайн от Toyota, источник: commons.wikimedia.org/wiki/File: Toyota_e-Palette_side.jpg)

Стоит сказать, что для беспересадочного автобусного такси беспилотность не является обязательным уловием. До тех пор, пока беспилотность не станет зрелой и дешевой технологией, маленькие автобусы с таким же дизайном салонов могут управляться и обычными водителями.

Мои грандиозные планы.


Развернуто я описал свои планы в первой главе вот этой статьи, здесь же я постараюсь рассказать о них чуть более коротко. В идеальном мире моя работа над проектом беспересадочного транспорта скорее всего завершилась бы на публикации первых трех статей и нескольких консультаций для тут же возникшей под этот проект частной R&D. Но мир не идеален и, боюсь, вряд ли что-нибудь подобное случится на моем веку, если это частное R&D не создам я сам. С другой стороны, для меня это хорошая возможность понять, как организовать работу большой и разношерстной исследовательской группы, как сделать функционирование такой группы рентабельным в условиях современной экономики.

Миссию исследовательской группы я вижу прежде всего в том, чтобы доработать существующее модельное решения до реальных схем движения внутри реальных городов. Чтобы получить промышленно пригодный результат, одной математики будет мало. Здесь скорее всего потребуются и экономические, и маркетинговые исследования, понимание тонкостей архитекторы городов, их управления, не обойдется без тесного взаимодействия с промышленными дизайнерами из фирм-производителей микроавтобусов. Что касается задачи производства микроавтобусов и организации пассажироперевозок, то в моем понимании их нужно оставить тем фирмам, которые на этом специализируются.

Продуктом предполагаемой R&D, за счет которого она должна существовать, — как мне кажется, должен стать дизайн маршрутных сетей конкретных городов (потенциальный покупатель — администрации этих городов и местные операторы пассажироперевозок). Чуть более оригинальный способ самообеспечения исследовательской группы может состоять в продаже заинтересованным фирмам права научного посольства. Суть посольства заключается в том, что за сравнительно небольшую плату сторонняя фирма может направить в эту исследовательскую группу несколько своих сотрудников. Предполагается, что прикомандированные сотрудники получают полный доступ ко всем текущим и прошлым разработкам и даже сами смогут присоединиться к исследовательским проектам. Такой сценарий мог бы стать интересной экспериментальной моделью коммерческого обмена технологическими знаниями, а вдобавок он позволил бы коммерческим фирмам готовить собственные исследовательские кадры.

Что «вкусного» я могу предложить инвесторам?


По своей природе проект предполагаемого мной R&D не направлен на максимизацию прибыли, однако я готов обсуждать финансовый интерес тех, кто поддержит его на старте. Мне кажется, что в качестве бонуса эти люди могут получить много интересных стратегических ходов и нематериальных приобретений. Например, если бы я оказался за одним столом с персонами, для которых деньги уже не проблема, то наверняка смог бы продать им способ сильно улучшить свою репутацию по очень выгодной для них цене (где-то икнул Роман Абрамович и Олег Дерипаска). Стать причастными к позитивным изменениям жизни людей на всей планете — это совершенно другой статус, чем пьяных девушек на пластмассовой яхте катать.

В целом у меня не так уж много пунктов с принципиальной позицией и я открыт для разумной критики, советов и предложений. Если они у вас есть, вы можете прислать их на мною электронную почту: magnolia@bk.ru.

Сергей Коваленко
июнь 2023 года

© Habrahabr.ru