IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

1. ВВЕДЕНИЕ

Рост автомобилизации, повышая мобильность населения, создает в то же время целый ряд негативных последствий, в особенности в больших городах и мегаполисах. Наиболее значимыми из них являются проблемы с безопасностью транспортной системы. Одним из направлений повышения безопасности является использование немоторизованных видов транспорта. Немоторизованные транспортные средства играют важную роль в городах, где условия, обычаи и городская транспортная политика благоприятствуют их использованию. Самое распространенное из таких средств – велосипед – обладает рядом уникальных преимуществ: дешевая эксплуатация, приличная скорость, вполне достаточная для городских поездок на небольшие и средние расстояния, удобство пользования и легкость парковки. Одним из главных преимуществ немоторизованного транспорта является то, что он снижает потребление энергоресурсов, выброс парниковых газов и загрязнение окружающей среды, так как не требует ископаемого топлива. Кроме того, прогулки на велосипеде и пешком сами по себе удовлетворяют суточную потребность в физической нагрузке как необходимом элементе здорового образа жизни [¹]. Учитывая то, что ходьба и велосипед – это также средство поддержания физического и психического благополучия, Transport, Health and Environment Pan-European Programme (The PEP) осуществляется в обоих направлениях. Развитие немоторизованных видов передвижения в городах – одна из постоянных тем семинаров [²]. В Докладе о состоянии дорожного движения в мире [³] сообщается, что в 92 странах проводится политика, способствующая продвижению пешей ходьбы и езды на велосипедах

В то же время потребностям наиболее уязвимых участников дорожного движения (пешеходов, велосипедистов и мотоциклистов), среди которых, в общей сложности, происходит 49% всех случаев смерти в результате ДТП в мире, уделяется недостаточно внимания. И в случае, если стратегии перехода на немоторизованные виды транспорта не сопровождаются другими мерами – такими как обеспечение условий для пешеходов и велосипедистов, – они в действительности могут привести к росту дорожно-транспортного травматизма.

Таким образом, для оптимизации движения людей и перевозки грузов необходимы изменения с учетом безопасности всех пользователей дорог.

2. МИРОВОЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕЛОСИПЕДОВ КАК МАССОВОГО ВИДА ТРАНСПОРТА

Международный опыт показывает, что у каждой страны при выборе пути развития транспортной системы есть выбор: вместо того, чтобы в качестве шаблона выбрать опыт США и Австралии, где очень высок процент использования индивидуальных транспортных средств, города имеют возможность применить более сбалансированный подход (как в Европе) или же выбрать такой подход, который Международным союзом общественного транспорта (МСОТ) был назван наиболее эффективным. Эта модель подразумевает, что для удовлетворения спроса на транспортные услуги частный автотранспорт используется минимально, а основную роль играют общественный транспорт, ходьба и езда на велосипеде.

С помощью велосипеда удовлетворяются потребности в передвижении многочисленных городских жителей развивающегося мира, особенно в странах Азии. В материковой части Китая, владение велосипед намного выше, чем в других азиатских странах, по оценкам, 600 миллионов велосипедов. В 2014 году Ланьчжоу (Северо-Западный Китай) получил высокую оценку за интеграцию второй по величине системы скоростного автобусного транспорта с системой аренды велосипедов (14,000 доков планируется), велосипедными парковками и «зелеными» велосипедными дорожками. Система общего пользования велосипедами также внедрена в таких городах, как Beijing, Zhuzhou, Shanghai, Wuhan and Hangzhou, где популярность этого вида транспорта обеспечивается также широким внедрением электровелосипедов, которые позволяют преодолевать крутые подъёмы и значительные расстояния физически неподготовленным людям, и, следовательно, – большее число человек выбирают этот вид транспорта как способ передвижения.

В африканских городах, езда на велосипеде, играет сравнительно ограниченную роль, что составляет менее 3 процентов от общего числа поездок в столичных городах, таких как Бамако (Мали), Дакаре (Сенегал), Хараре (Зимбабве), Найроби (Кения) и Ниамее (Нигер). Для повышения числа поездок на велосипедах в Катаре велодорожки оборудовали кондиционерами.

Такие города Латинской Америки, как Bogotá, Medellín, León, Buenos Aries, Rio de Janeiro, São Paulo, Several Chilean cities, и т.д. включили в свои локальные и национальные стратегии развития транспортных систем проекты по внедрению непрерывных велодорожек, велопарковок и транзитных станций [⁴]. Рио-де-Жанейро запустила программу байк-обмена, в настоящее время 600 велосипедов и 200 км велосипедных маршрутов. Сан-Паулу начал создание велосипедных дорожек длиной более 120 км. После общих уличных протестов, которые произошли в Бразилии в июне 2013 года, инициированный с высокой стоимостью и низким качеством общественного транспорта, муниципалитет Сан-Паулу объявил еще один 310 км велосипедных маршрутов, которые на самом деле сигнализировавших полосы движения совместно с автомобилями.

В Австралии, Канаде и США доля немоторизованных поездок составляет менее одной восьмой всех ежедневных поездок. Однако, в работе [⁵] на примере города Калгари показано, что инвестиции в велоинфраструктуру (хорошо спроектированные велодорожки, велополосы и дороги) способствуют повышению использования велосипедов.

Собственности велосипедов в Западной Европе, особенно в Нидерландах, Германии и Дании, очень высока, и если езда на велосипеде в США в основном для отдыха и фитнес-целей, в Европе она является ключевым средством передвижения для утилитарных целей. Например, в настоящее время есть несколько программ в Европе тестирования введение грузовых велосипедов, в том числе финансируемых ЕС CycleLogistics проекта. Хотя основной задачей проекта был на городских грузовых и курьерских услуг, он также входит магазин-от-велосипед кампаний. В самом деле, частное использование грузовой велосипед является реальностью в таких городах, как Копенгаген.[⁶, ⁷, ⁸, ⁹].

В Португалии в рамках политики снижения выбросов вредных веществ городская администрация города Lagoa провела эксперимент. Каждый сотрудник городского совета путешествия из дома на работу (и наоборот), а также в состоянии перенести свой обычный режим транспорта (автомобиль) с другими вариантами (ходьба, езда на велосипеде с общественными велосипеды, электрические велосипеды, обмен автомобилей) можно было бы предложить "деньги ваучеры "(эквивалентные углеродные кредиты их сокращения выбросов CO2). Эти ваучеры были выкуплены в течение нескольких государственных учреждений и культурно-массовых мероприятий. [¹⁰, ¹¹].

В Лондоне, Барселоне и Париже существует и эффективно функционирует система велопроката. Для пользования этой системой необходимо зарегистрироваться и получить персональную карточку. В Барселоне арендовать велосипед и оставлять его можно в любой удобной точке города, поскольку стоянки велосипедов можно найти практически на всех крупных улицах. Развитию этой системы в Барселоне также способствует разветвленная сеть велодорожек и велопарковок. [¹²].

Таким образом, в последнее десятилетие немоторизованные транспортные средства стали символом устойчивого городского транспорта по всему миру.

Тем не менее, несмотря на то, что езда на велосипеде является вариантом для многих жителей пригородной зоны (например, те, кто только ездить на короткие расстояния), а также приносит ряд преимуществ, значительная часть пассажиров предпочитают использовать другие транспортные средства. Даже в Нидерландах, который имеет велосипед-дружественной инфраструктуры и где езда на велосипеде имеет положительный имидж, многие люди предпочитают не цикла в ситуациях, когда езда на велосипеде будет очень подходящим видом транспорта. [¹³]. Препятствия для езды на велосипеде включают в себя такие факторы, как длительные поездки расстояния пассажиров, суровые погодные условия, трудности, чтобы использовать его в “nonutility” поездок (развлечения, отдых и т.д.), недоступность инфраструктуры, недостатка здоровья и окружающей среды сознания среди людей и экстремальные условия движения [¹⁴]. Однако самым главным сдерживающим фактором является, все же, большой риск попадания в ДТП. [¹⁵, ¹⁶, ¹⁷].

3. ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ВЕЛОСИПЕДНОГО ТРАНСПОРТА КАК ОДИН ИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЕЗДЫ НА ВЕЛОСИПЕДЕ

3.1 Исследование факторов, влияющих на безопасность езды на велосипеде

Многими авторами проводились исследования в своих странах для оценки влияния различных факторов на выбор велосипеда, как основного средства передвижения. Восприятие безопасности и комфорта инфраструктуры велосипедного является важным фактором, влияющим на использование велосипедов. Jain и др. (2010) [¹⁸] исследовали влияние различных физических инфраструктур на велосипеде в городе Пуна и нашел очень высокий предпочтение велосипедных дорожек среди пассажиров. И пленные пользователей, а также потенциальные пользователи сосредоточены на физической безопасности и сложности при пересечении перекрестков.

Нами также было проведено выборочное исследование населения для определения, чувствуют ли себя велосипедисты в безопасности, и какие именно факторы будут способствовать повышению привлекательности велосипедного транспорта. Результаты проведенных исследований предпочтений населения (Таблица 1) показывают, что повысить количество людей, выбирающих велосипед в качестве средства передвижения, можно путем расширения модельного ряда немоторизованных транспортных средств и встраивания инфраструктуры этого вида транспорта в общую систему улично-дорожной сети города. Кроме того, необходимо развитие велоинфраструктуры, что позволит повысить привлекательность велотранспорта для разных категорий населения, с одной стороны, и обеспечение личной безопасности немоторизованных пользователей дорог, с другой

Таблица 1. Результаты опроса населения

Индикатор	Студенты	Рабочие	Пенсионеры	Другие категории	Всего
Число респондентов	624	299	16	14	953
Число поездок на работу или учебу на общественном транспорте	313	109	-	-	422
Число поездок на работу или учебу на велосипеде	50	7	-	-	57
Число поездок на работу или учебу на автомобиле	163	133	-	-	296
Число пеших прогулок на работу или учебу	98	50	-	-	148
Количество велосипедов в собственности	313	86	2	6	407
Число людей кто уже ездит на велосипеде:
велодорожки	127	56	0	0	183
велопарковки	129	46	0	0	175
велопрокаты	75	28	0	0	103
Возможность возить велосипед в автобусе или трамвае	76	21	0	0	97
електровелосипеды	78	22	0	0	100

Таким образом, как показывает опыт развития велотранспорта, серьезными сдерживающими факторами являются психологические. Они, в свою очередь могут быть обусловлены разными причинами – от неуверенности в способности преодоления маршрута ввиду индивидуальных особенностей состояния здоровья, до недостаточной информированности об особенностях маршрута.

3.2 Программное решение по выбору оптимального маршрута

Планирование велосипедной инфраструктуры должно включать не только создание мест для парковки и хранения велосипедов и прокладывание велодорожек, но и учет особенностей местности и структуру населения, которые захотят воспользоваться велосипедом для передвижения по городу. Несмотря на большое количество работ в области проектирования велосипедных дорожек [¹⁹, ²⁰, ²¹, ²²], определение рельефа местности и моделирование топографических условий для предполагаемой или существующей сети движения велосипедного транспорта остается актуальной и необходимой задачей

Мы предлагаем программное решение по выбору оптимального маршрута. Оценка маршрута должна выполняться с точки зрения его безопасности, удобства и комфортности прохождения. Для сравнения маршрутов используется многокритериальная оценка с учетом особенностей самого велосипедиста и его предпочтений.

Пользователь может задать начальную и конечную точки маршрута, критерии оценки и предпочтений. Для расчета необходимо также знать такие параметры велосипедиста, как возраст, рост, вес и уровень подготовленности. На основании этой информации оцениваются возможные маршруты. Для этого строится матрица приведенных параметров маршрутов, а затем вычисляются общие показатели их оценки. Значение показателя безопасности маршрута вычисляется с учетом поправочных коэффициентов, зависящих от физического состояния и характеристик велосипедиста. Пользователь получает информацию о наилучшем из возможных вариантов. Для приведения параметров служит общая протяженность маршрута (Рис.1).

Исходная информация для построения маршрутов хранится в БД. Для предварительного построения маршрута используются карты, в базе заданы характеристики отрезков улично-дорожной сети с указанием типа дорожного покрытия, рельефа местности (уклоны дороги), наличие пандусов, регулируемых и нерегулирумых пересечений и пр.

Для реализации предлагаемой идеи разработано приложение для смартфонов, интегрированное с GIS системой (Рис.2). Для проверки маршрута пользователь вводит или указывает на карте свое местоположение и точку назначения. По команде «найти маршрут» получает список маршрутов, отсортированных по времени достижения цели.

Рисунок. 1. Блок-схема алгоритма оценки безопасности маршрутов

Затем пользователь может перейти к проверке маршрута на безопасность. По окончании проверки и вычисления общих показателей безопасности пользователь может выполнить просмотр маршрута. При приближении карты, а также при выборе определенного участка маршрута на карте они выделяются подсветкой разного цвета: опасные участки отмечаются красным и желтым цветом. Это такие участки как нерегулируемые пешеходные переходы, отсутствие велосипедной дорожки и т.п. Безопасные участки отмечаются зеленым цветом. Таким образом, цвет маршрута зависит от суммарного балла безопасности, от зеленого - самый безопасный, до красного - самый опасный.

В приложении предусмотрена возможность оценки маршрута пользователем. Он может оставить отзыв, а также указать проблемы на маршруте, прикрепив фотографии или текстовое описание. Такие отзывы помогут оперативно реагировать на проблемы. Администрация города и дорожные службы, получив информацию о состоянии инфраструктуры, могут предпринять необходимые действия для решения выявленных гражданами проблем.

a)		c)

Рисунок. 2. a) Выбор точки достижения цели на карте; b) Варианты маршрутов;

c) Просмотр маршрута

Приложение было протестировано на участке улично-дорожной сети г.Набережные Челны. Для корректной работы приложения необходимо администрирование базы данных о состоянии и характеристиках улично-дорожной сети, параметрах инфраструктуры, которая должна актуализироваться по мере изменения.

Использование мобильного приложения для поиска наиболее безопасных маршрутов позволит не только планировать поездки, но и снизит вероятность аварийных ситуаций.

Кроме того, такое приложение будет полезно при развитии велосипедной инфраструктуры, поскольку можно будет оценить при появлении новых центров притяжения, какие из маршрутов наиболее нуждаются в усовершенствовании. Кроме того, анализ информации о ДТП с велосипедистами позволит выявить проблемные места и информировать их при планировании поездок о необходимости повышенного внимания на небезопасных участках.

Применение интеллектуальных активных систем помощи велосипедисту, проектирование правильных и безопасных велодорожек их своевременное обслуживание и ремонт поможет снизить аварийность велотранспорта.

Однако, даже при применении интеллектуальной системы выбора оптимального маршрута не всегда удается избежать холмистой местности. Решить проблему преодоления крутых подъёмов позволит создание велоподъемников или электроприводов для велосипеда. В отличие от электроскутера или мотоцикла, электровелосипед может приводиться в движение педалями, при этом происходит отключение электропривода и зарядка аккумулятора. Создание велосипедов с адаптивным электродвигателем, который может использоваться по мере необходимости, позволит преодолевать значительные расстояния, поддерживать определенную скорость и не допускать физических перегрузок даже неподготовленному велосипедисту. Заряд аккумуляторов осуществляется от бытовой электросети. При сопоставимой скорости в городских условиях, энергетические и экономические затраты на перемещение одного человека оказываются на порядок более низким, чем у любого другого вида транспорта, включая общественный.

3.3 Система управления смарт-велосипедом

На безопасность велосипедистов на дорогах влияет не только плотность транспортного потока, наличие велоинфраструктуры и конструкция велосипедов, состояние велосипедиста также играет важную роль в обеспечении его безопасности и безопасности других участников дорожного движения. Исследования [²³] показали, что велосипедист сам не всегда способен объективно оценить свое физиологическое состояние и уровень усталости. Это (особенно у людей с плохой физической подготовкой) может повлечь за собой снижение внимания, нарушение правил дорожного движения, а в некоторых случаях – потерю управления велосипедом. Многие люди хотели бы использовать велосипед как средство передвижения, однако не могут позволить себе этого в связи с возрастом, проблемами со здоровьем и т.д.

Решением проблемы может стать внедрение смарт-велосипедов, которые, с одной стороны, благодаря электродвигателю позволяют преодолевать тяжелые участки маршрута, а с другой – оснащены датчиками контроля физического состояния велосипедиста.

Управление электровелосипедом осуществляется с помощью велокомпьютера (контроллера), который должен: подавать ток от аккумулятора на электродвигатель в соответствии с установками пользователя; выдавать на индикатор остаток заряда батареи; определять вращение/остановку педалей; ограничивать максимальную скорость движения велосипеда для экономии энергии; поддерживать постоянную скорость движения (круиз-контроль); заряжать аккумулятор при торможении.

Для реализации управления необходимо объединить в одну систему функционал велокомпьютера, мотор-колеса (мотор-колесо – разновидность ведущего колеса, комплексный агрегат, в котором объединены непосредственно колесо, электрический двигатель, силовая передача и тормозная система), а также велотренажера, контролирующего состояние велосипедиста. Основным показателем, по которому диагностируют переход к критическому состоянию, является частота пульса. Данные с датчиков передаются на контроллер для анализа. При наступлении критического состояния на смартфон передается запрос на включение электропривода, а после получения подтверждения управление электроприводом передается на контроллер.

Таким образом, если оснастить велосипед универсальным модулем, в состав которого входят датчик пульса, контроллер и другие компоненты, показанные на Рисунке3, а управление осуществлять в соответствии с выбранной программой, установленной на смартфоне, снизится риск перегрузок и порог физической подготовки владельцев таких транспортных средств. А это, с свою очередь, положительно скажется на безопасности участников дорожного движения.

Рисунок. 3. Элементы, участвующие в разработке

4. Заключение

Ежегодно на дорогах мира погибает 1,25 миллиона человек, и с 2007 г. это число не меняется. На фоне быстро растущих уровней моторизации такая стабилизация вопреки прогнозируемому росту числа случаев смерти свидетельствует о достигнутом прогрессе. Однако для выполнения задач по обеспечению безопасности международного дорожного движения в рамках Целей в области устойчивого развития этих усилий по снижению смертности в результате ДТП явно недостаточно. Применение интеллектуальных активных систем помощи велосипедисту, проектирование правильных и безопасных велодорожек их своевременное обслуживание и ремонт поможет снизить аварийность велосипеда до минимальных значений.

1. United Nations Human Settlements Programme (UN-Habitat) (2013) Planning and design for sustainable urban mobility: global report on human settlements. Stoodleigh: Florence Production Ltd.

2. World Health Organization (2014) From Amsterdam to Paris and beyond: the Transport, Health and Environment Pan-European Programme (THE PEP) 2009–2020. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe Publications.

3. World Health Organization (2011) Global status report on road safety 2015. WHO Library Cataloguing-in-Publication Data.

4. Hidalgo, D., Huizenga, C. (2013) Implementation of sustainable urban transport in Latin America. Research in Transportation Economics, 40, 66–77.

5. Tsenkova, S., Mahalek, D. (2014) The impact of planning policies on bicycle-transit integration in Calgary, Urban, Planning and Transport Research: An Open Access Journal, 2:1, 126-146.

6. Lenz, B., Riehle, E. (2013) Bikes for urban freight? Experience in Europe. Transp. Res. Rec.: J. Transp. Res. Board, 39–45.

7. Wrighton, S. (2012) D3.6 Campaign Scheme Shop-by-Bike. Cyclelogistics – Moving Europe Forward.

8. Gössling, S. (2013) Urban transport transitions: Copenhagen, city of cyclists. J. Transp. Geogr. 33, 196–206.

9. Mattioli, G., Anable, J., Vrotsou, K. (2016) Car dependent practices: Findings from a sequence pattern mining study of UK time use data. Transportation Research, Part A, 89, 56-72.

10. Arsenio, E., Martens, K., Di Ciommo, F. (2016) Sustainable urban mobility plans: Bridging climate change and equity targets? Research in Transportation Economics, 55, 30-39.

11. Viegas, F., Arsenio, E., & Neves, J. (2008) Promoting walking and cycling for setting local carbon markets: a case study in Portugal, paper 4074. session 7. In 38th European transport conference e ETC 2008. The Netherlands.

12. Smart City, http://city-smart.ru/info/125.html

13. Heinen, E., van Wee, B., Maat, K. (2010) Commuting by Bicycle: An Overview of the Literature, Transport Reviews: A Transnational Transdisciplinary Journal, 30:1, 59-96.

14. Verma, M., Rahul, T., Reddy, P., Verma, A. (2016) The factors influencing bicycling in the Bangalore city. Transportation Research, Part A, 89, 29–40.

15. Parkin, J., Wardman, M. & Page, M. (2007) Models of perceived cycling risk and route acceptability. Accident Analysis & Prevention, 39, 364-371.

16. Yao, L., Wu, C. (2012) Traffic safety for electric bike riders in China: attitudes, risk perception, and aberrant riding behaviors. Transp. Res. Rec. 2314, 49–56.

17. Pooley, C., Horton, D., Scheldeman, G., Mullen, C., Jones, T., Tight, M., Jopson, A., Chisholm, A. (2013) Policies for promoting walking and cycling in England: a

view from the street. Transp. Policy, 27, 66–72.

18. Jain, H., Tiwari, G., Zuidgeest, M. (2010) Evaluating bicyclists comfort and safety perception. In: The Proceedings of 12th WCTR, July 11–15, 2010 – Lisbon, Portugal.

19. Parkin, J., Rotheram, J. (2010) Design speeds and acceleration characteristics of bicycle traffic for use in planning, design and appraisal. Transport Policy, 17, 335-341.

20. Larsen, J., Patterson, Z., El-Geneidy, A. (2013) Build It. But Where? The Use of Geographic Information Systems in Identifying Locations for New Cycling Infrastructure. International Journal of Sustainable Transportation, 7, 299-317.

21. Forsyth, A., Krizek, K. (2011) Urban Design: Is there a Distinctive View from the Bicycle? Journal of Urban Design, 16, 531-549.

22. Rybarczyk, G. (2014) Simulating bicycle wayfinding mechanisms in an urban environment. Urban, Planning and Transport Research: An Open Access Journal, 2, 89-104.

23. Abbiss, C., Laursen, P. (2005) Models to Explain Fatigue during Prolonged Endurance Cycling. Sports Med, 35 (10), 865-898.

Код для цитирования: Скопировать