Jak zaprojektować efektywny transport w mieście?

Architektura publiczna

Więcej artykułów o podobnej tematyce znajdziesz w numerze A&B 07-08/2024 – DOMY JEDNORODZINNE,
z którego publikujemy poniższy artykuł. Pobierz bezpłatne e-wydania A&B  i czytaj więcej.

Od kilku dekad trwa dyskusja na temat roli transportu zbiorowego w mieście i ograniczenia ruchu samochodów. Znamy wszystkie argumenty za i przeciw. Mamy nawet Światowy Dzień bez Samochodu w ramach popularyzowania zdrowego stylu życia, a polityka czystego powietrza spowodowała, że w dniach z wysokim poziomem zanieczyszczeń smogiem z krakowskiej komunikacji publicznej możemy korzystać za darmo. O tym, jak projektuje się obecnie efektywny transport, jak wykorzystywać dane z aplikacji i kart płatniczych z prof. Andrzejem Szaratą, rektorem Politechniki Krakowskiej, rozmawia Małgorzata Tomczak.

Andrzej Szarata: Profesor, Rektor Politechniki Krakowskiej. Od 2016 roku Dziekan Wydziału Inżynierii Lądowej PK. Autor i współautor kilku monografii (w tym w języku angielskim) oraz ponad 90 artykułów. Organizator konferencji naukowo-technicznych. Kierownik projektów PK, między innymi: Civitas Caravel, MAX, Shape‑It, TraCit, Posmetrans, GSP, Capital. Autor modeli transportowych dla miast Polski; współautor modelu transportowego Salonik (Grecja). Jako konsultant w dziedzinie transportu pracuje zarówno w kraju, jak i za granicą. Jest członkiem zespołu naukowego i organizacyjnego cyklicznych konferencji European Parking Conference oraz recenzentem publikacji naukowych w czasopismach krajowych i zagranicznych. Uczestnik projektów transportowych (ponad 200) związanych z badaniem efektywności funkcjonalnej inwestycji transportowych.

dane w projektowaniu transportu

Małgorzata Tomczak: Panie profesorze, jest pan rektorem Politechniki Krakowskiej, ale pana głównym zajęciem jest projektowanie transportu, czy mogę tak powiedzieć?

prof. Andrzej Szarata: Z wykształcenia jestem inżynierem budownictwa i drogowcem. Ale już na początku drogi zawodowej zacząłem się zajmować prognozowaniem ruchu, czyli tak naprawdę stałem się planistą transportu. Zajmuję się analizami systemu transportowego, kierunkami rozwoju i oceną efektywności funkcjonalnej dużych inwestycji infrastrukturalnych.

Małgorzata Tomczak: Dużo się mówi teraz o inteligentnym transporcie. Co to takiego?

prof. Andrzej Szarata: Inteligentny transport odpowiada na bieżące potrzeby komunikacyjne jego uczestników, i to w realnym czasie, z dokładnością do minuty. Na przykład, gdy na skrzyżowaniu X zdarzy się awaria samochodu, który zablokuje ruch, z pomocą przyjdzie inteligentny system sygnalizacji świetlnej. Jest w stanie tak pokierować ruchem, żeby straty czasu dla pozostałych kierowców były jak najmniejsze.

Małgorzata Tomczak: A w transporcie publicznym?

prof. Andrzej Szarata: Dla transportu zbiorowego to jest kwestia optymalizacji systemu jako całości. Inteligentny system transportowy powoduje, że możemy przewozy komunikacją zbiorową dopasować do bieżących potrzeb mieszkańców miasta w taki sposób, aby optymalizować czasy przejazdu. To jest główny atut tego typu rozwiązań. Chcemy dzięki nim oszczędzać czas, który pasażerowie transportu publicznego muszą przeznaczać na podróże. Chodzi nam o to, żeby transport publiczny był po prostu efektywny i najbardziej wydajny.

wynik symulacji w modelu transportowym wyrażający obciążenie ruchem samochodowym układ ulic Krakowa [poj/h], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: Na czym dziś polega projektowanie transportu dla miasta? Jakie narzędzia są wykorzystywane?

prof. Andrzej Szarata: Przy obecnych możliwościach technologicznych proces decyzyjny podczas planowania systemu transportowego w coraz większym stopniu bazuje na twardych danych. Dawniej ten proces opierał się przede wszystkich na kompetencjach planisty — wiedzy, doświadczeniu, intuicji. Dzisiaj, kiedy mamy dostęp do dużych zbiorów danych i możemy wykorzystać do ich analizy komputery z ogromną mocą obliczeniową, jesteśmy w stanie z wielu różnych źródeł precyzyjnie wybrać informacje, które będą dla nas przydatne w procesie planowania systemu transportowego. Obecnie mogą to być zanonimowane dane o miejscach logowania telefonów komórkowych czy o miejscach i czasie transakcji kartami kredytowymi. Jednak — obok narzędzi informatycznych — nadal bardzo ważnym elementem jest rozmowa z człowiekiem. Planując transport dla miast i regionów, wykonuje się tak zwane Kompleksowe Badania Ruchu, w skrócie KBR. Dotyczą one zachowań mobilnościowych mieszkańców. Kraków takie badania zrobił w roku 2023, czekamy na opublikowanie wyników. Badania KBR polegają na tym, że przeszkolony ankieter jest wysyłany do losowo wybranych gospodarstw domowych i pyta mieszkańców, w jaki sposób się przemieszczali w dniu poprzedzającym badanie. Pyta, o której godzinie dany człowiek wyszedł do pracy, czym jechał, czy robił zakupy i gdzie, jaka była jego ­sekwencja przemieszczeń w ciągu dnia.
Zbieramy w ten sposób informacje o całych łańcuchach podróży. W Krakowie podczas ostatniego takiego badania przeprowadzono ponad 20 tysięcy wywiadów z mieszkańcami. To duża grupa badawcza, a analiza jej zachowań transportowych pozwoli na naprawdę niezłe odwzorowanie tego, jakie mieszkańcy mają oczekiwania co do przemieszczania się po Krakowie. Informacje, które przekazują w rozmowie z ankieterem, nie będą jednak wystarczające do projektowania systemu transportowego. Są obarczone pewnymi ograniczeniami. Po pierwsze, z różnych powodów, ankietowani nie zawsze przedstawiają swoje podróże dokładnie tak, jak rzeczywiście wyglądały. Po drugie, nie do końca rozumieją potrzebę tego projektu i czasem pewne rzeczy przemilczają, bo nie wiedzą, że są istotne. A to z kolei mogłoby zaburzać wynik, stąd potrzeba uzupełnienia danych z tego źródła o inne. Badania KBR wciąż są jednak niezwykle cennym źródłem informacji, dla Krakowa tym cenniejszym, że są tu prowadzone od lat 70. Dzięki tak długiej perspektywie czasowej, możemy porównywać trendy, analizować, jak się zmieniały w ciągu ostatnich dwudziestu, trzydziestu lat. Na tej podstawie można metodami matematycznymi modelować zachowania komunikacyjne mieszkańców (również w przyszłości), w myśl zasady, że skoro ludzie teraz tak podróżują, to prawdopodobnie w przyszłości ich podróże po mieście mogą wyglądać podobnie. Zdarza się jednak, że na trafność takich przewidywań wpływa nieoczekiwany czynnik. Takim czynnikiem w ostatnim czasie była pandemia. Miała ogromny wpływ na zachowania komunikacyjne, bardzo mocno zaburzyła tradycyjny łańcuch przemieszczeń. Do tej pory mieliśmy taką sytuację, że mieszkańcy do pracy jechali na przykład na godzinę 7, wracali o 15, czyli mieliśmy szczyt ruchu rano i po południu. W tej chwili w poniedziałek mamy wysoki poziom kongestii, a we wtorek ruch jest płynny. A za tydzień korki będą we wtorek, a w poniedziałek ich nie będzie. Kompletna nieprzewidywalność! A bierze się stąd, że podczas pandemii pojawiły się różne modele pracy i zostały z nami — teraz duża część osób pracuje w sposób hybrydowy, stacjonarnie i zdalnie. Ta nieprzewidywalność powoduje, że bardzo trudno się zarządza systemem transportowym. Tym bardziej konieczne staje się sięgnięcie po dodatkowe dane i narzędzia do planowania systemu transportowego.

wynik symulacji w modelu transportowym uwzględniający potoki pasażerskie [pas./h], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: Bo dane z ankiet są szacunkowe i za mało precyzyjne?

prof. Andrzej Szarata: Tak, rzeczywistość może nieco odbiegać od nich. Tu przychodzą nam z pomocą dane zewnętrzne, na przykład dane z telefonii komórkowej. To jest bardzo ciekawe, bo operatorzy telefonii komórkowej już od wielu lat są w stanie tak przetworzyć dane i tak je przedstawić, żebyśmy dokładnie zobaczyli skąd, dokąd się przemieszczają tysiące użytkowników telefonów komórkowych. Firmy telekomunikacyjne mogą na użytek analiz transportowych przetworzyć te zbiorowe dane i dostarczyć planistom ważnych informacji. Taki przestrzenny obraz tego, skąd, dokąd przemieszczają się ludzie, nazywamy więźbą ruchu. W pracach dotyczących transportu w mieście analityk odnosi się do tak zwanego rejonu komunikacyjnego. To jest obszar, na którym mieszka na przykład tysiąc osób. Kraków — na potrzeby badań transportowych — został podzielony na czterysta takich rejonów. Zakładamy, że mieszkańcy z tych rejonów wyjeżdżają i do nich przyjeżdżają w bardzo podobny sposób. I na tej podstawie planiści transportowi mogą dokonywać swoich analiz, wykorzystując dane z sieci komórkowych, przy czym — tu ważne zastrzeżenie — bazują na zanonimizowanych danych dotyczących dużych grup osób. Ani pani, ani ja nie życzylibyśmy sobie, żeby ktoś śledził nasze telefony i wiedział dokładnie, że jechaliśmy między tą a tą godziną w takim a takim obszarze. Operatorzy telekomunikacyjni zabezpieczają dane na dwa sposoby: po pierwsze, nie analizują pojedynczych przemieszczeń. Po drugie, nie przetwarzają wszystkich sygnałów z logowania telefonów. Udostępniają swoje dane na potrzeby planowania transportu w odpowiednim, potrzebnym nam przedziale czasowym w sposób zagregowany, odnoszący się do większych grup przemieszczeń. Dopiero tak uogólnione przez operatorów dane są przetwarzane, a my, planiści dostajemy je gotowe, w postaci tabel. Nie ma żadnej możliwości odseparowania pojedynczego sygnału i dotarcia do informacji o przemieszczaniu się konkretnej osoby. Dane pochodzące z telefonii komórkowej mają jeszcze jedną wielką zaletę. To są dokładne dane z całego roku, z dnia na dzień, z godziny na godzinę. Dzięki temu można dokładnie pokazać, jak ta fluktuacja przemieszczeń osób w mieście w ciągu roku wygląda: w poniedziałek, ­wtorek, piątek i tak dalej.

więźba ruchu obrazująca skąd i dokąd przemieszczają się mieszkańcy Krakowa [os/d], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: Czy taka baza danych jest droga? Innymi słowy, czy miasta stać na to, żeby z nich bez problemu korzystać?

prof. Andrzej Szarata: Planowanie systemu transportowego to duże i ważne dla miast zadanie. Służy między innymi ocenie ekonomicznego sensu wydatków na nowe inwestycje transportowe — w tabor czy infrastrukturę. Takie wydatki to miliony, czasem nawet miliardy złotych. Przy podejmowaniu decyzji warto bazować na jak najdokładniejszych danych. Koszt dostępu do takiej bazy danych to od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy złotych, według mnie jest to opłacalny wydatek. Mówiliśmy o danych z sieci telefonii komórkowej, ale tu wciąż mamy pewne braki informacji. Jak je uzupełnić? Stosując fuzję danych: na przykład z telefonii komórkowej oraz z ankiet albo z jeszcze innych źródeł. Dodatkowe możliwości daje nam wykorzystanie danych z użycia kart płatniczych. To całkowicie innowacyjne podejście, które zaproponowałem w autorskiej metodologii prowadzenia badań w obszarze planowania transportu. Jeszcze nikt na świecie nie wykorzystał tego typu danych w taki sposób jak robimy to na Politechnice w Krakowie, czyli do planowania systemu transportowego.

Małgorzata Tomczak: Jak można wykorzystać dane o transakcjach płatniczych do planowania transportu? Czy poufność danych użytkowników kart także jest tu chroniona?

prof. Andrzej Szarata: Mamy na świecie dwóch dużych graczy, którzy zajmują się płatnościami cyfrowymi: Mastercard i Visa. W Polsce Visa ma nieco większy udział w rynku, około 53 procent, co oznacza, że ponad połowa wszystkich użytkowników kart kredytowych płaci tą kartą. Zgrupowane dane dotyczące miejsc i czasu realizacji płatności mogą dostarczyć planistom transportu cennych informacji o przemieszczaniu się dużych grup ludzi. Poufność danych osobowych użytkowników kart jest tu chroniona: operatorzy płatności cyfrowych dysponują tylko numerem karty i niczym więcej, co pozwoliłoby zidentyfikować konkretnego użytkownika. W analizach transportowych nie analizujemy pojedynczych transakcji, a opieramy się na zanonimizowanych, zgrupowanych danych o transakcjach zrealizowanych w danym rejonie komunikacyjnym. To są ogromne liczby zdarzeń, posegregowane w kategorie, które mogą być przydatne dla planistów transportu. Jest to możliwe, bo praktycznie wszystkie czytniki kart płatniczych są geokodowane, czyli mają przypisane swoje współrzędne XY. Z każdego czytnika możemy odczytać: ile było transakcji, o której godzinie, gdzie i w jakiej grupie produktów te transakcje miały miejsce. Następnie te dane są przez system grupowane do naszych rejonów komunikacyjnych i otrzymujemy tabele danych, które mogą stanowić wartościowe uzupełnienie dla innych źródeł informacji (na przykład z ankiet). Na fuzji tych danych można budować dalej efektywne rozwiązania. Dlaczego jest to innowacyjne podejście? Bo te dane były wykorzystywane przez Visę od dłuższego czasu, ale do innych celów, na przykład do badania ruchu turystycznego. Wiem, że dla czeskiej Pragi były robione analizy, skąd przyjeżdżają turyści. Znamy też profile użytkowników i to jest naprawdę świetny sposób, żeby sprawdzić motywację podróży, która do tej pory była najsłabiej rozpoznana.

relacje skrętne na wybranych skrzyżowaniach w Krakowie [poj/d], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: Po co się te motywacje bada?

prof. Andrzej Szarata: Po to, żeby docelowo stworzyć narzędzie, które będzie odwzorowywało równaniami matematycznymi zachowania użytkowników w mieście. W tym danym momencie, na 2023 rok. Zbieramy te wszystkie informacje z różnych aplikacji, źródeł, takich jak ankiety, miliony logowań w sieciach komórkowych czy miliony transakcji kartami płatniczymi. Te dane wzmacniamy informacją na temat wolumenu sprzedaży biletów, pomiarów liczby pasażerów czy natężenia ruchu drogowego i z tego całego konglomeratu informacji budujemy swoje narzędzia prognostyczne. Opracowany model transportowy pokazuje, jakie jest natężenie ruchu na drodze i ilu pasażerów jest w danym odcinku sieci drogowej.
Co ważne — dostajemy dzięki takiemu modelowi informację nie tylko o tym, ile jest samochodów na danej ulicy, wiemy też, skąd jadą te samochody i że jadą konkretną ulicą. Jeśli tę ulicę z jakichś względów trzeba będzie chwilowo zamknąć, to program pokaże, którędy pojazdy będą omijać zamknięty odcinek ulicy. Kiedy do naszych prognoz dodamy na przykład linie metra w Krakowie, to pokażemy, ilu pasażerów się do niego przesiądzie z innych środków transportu.
Te wszystkie równania na końcu dają liczbę pasażerów i samochodów na wszystkich odcinkach sieci drogowo-ulicznej w naszym mieście. Czy model działa prawidłowo? Jesteśmy w stanie to łatwo sprawdzić przez porównanie wyników modelu z rzeczywistymi pomiarami w sieci transportowej. Jeżeli stworzymy ten model tak, że on dobrze działa dzisiaj, to będzie to punkt wyjścia do opracowania prognoz ruchu na 2030, 2035 czy 2050 rok. Gdy miasto planuje wdrożyć nową inwestycję infrastrukturalną, możemy przewidzieć, jakie korzyści ta inwestycja przyniesie mieszkańcom miasta w perspektywie dwudziestu, ­trzydziestu, czterdziestu lat.

wynik symulacji w modelu transportowym w rozbiciu na poszczególne środki przewozowe [pas/d], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: To świetne narzędzie, żeby projektować politykę transportową w mieście i na przykład ograniczać indywidualny ruch samochodowy na rzecz transportu publicznego.

prof. Andrzej Szarata: Tak, do tego między innymi służy. Służy też do innych działań związanych z zarządzaniem miastem i jego wydatkami. Na przykład do oceny, w jaki tabor zainwestować — ile nowych tramwajów i autobusów zakupić, do przewozu jak licznych grup. W jakich częściach miasta rozbudowywać infrastrukturę transportową i w jaki sposób to robić — budować linię tramwajową, drogę dla autobusów, a może metro? Modele transportowe służą też do przewidywania, w jaki sposób nowa inwestycja wpłynie na zachowania pasażerów, czy zmieni ich przyzwyczajenia i potrzeby, a jeśli tak to na jakie. Możemy przewidywać, jak wyłączenie z ruchu, na przykład samochodowego, konkretnych stref miasta wpłynie na ruch w innych jego częściach i jakie nowe potrzeby transportowe ­mieszkańców wykreuje.
darmowy transport publiczny?

obciążenie poszczególnych przystanków tramwajowych i autobusowych [pas./d], według Krakowskiego Modelu Ruchu

© Andrzej Szarata

Małgorzata Tomczak: Przyjrzyjmy się jeszcze darmowemu transportowi. Wiele miast wprowadza to rozwiązanie, żeby ograniczyć indywidualny ruch kołowy.

prof. Andrzej Szarata: Ile kosztuje bilet miesięczny w Krakowie na wszystkie linie dla ­mieszkańca Krakowa?

Małgorzata Tomczak: 80 złotych miesięcznie w pierwszej strefie.

prof. Andrzej Szarata: A ile wydaje pani miesięcznie na paliwo za przejazdy po Krakowie?

Małgorzata Tomczak: Powyżej 500 złotych.

prof. Andrzej Szarata: A ile kosztuje panią ubezpieczenie samochodu, parkowanie w strefie płatnego parkowania, przeglądy, opony, myjnia, wymiana oleju i tak dalej? To są tysiące złotych. W porównaniu z nimi bilet na transport zbiorowy jest po prostu tani. Tylko 80 złotych na wszystkie linie to żaden koszt w budżecie w dzisiejszych czasach. Czy obniżenie tego kosztu do zera spowodowałoby, że ludzie częściej wybieraliby autobus czy tramwaj zamiast samochodu? Już dziś mogliby tak robić, byłoby to finansowo bardzo opłacalne. A jednak tego nie robią. Tymczasem gdybyśmy rozważali w Krakowie rezygnację z opłat za korzystanie z transportu publicznego, to musimy sobie zdawać sprawę z dwóch problematycznych rzeczy. Po pierwsze, gigantycznie wzrosłyby koszty utrzymania transportu w mieście. Po drugie, transport bezpłatny nie byłby szanowany. Jak coś jest bezpłatne, to nie jest szanowane i powoli ulega degradacji. I to, co mówię, to nie są puste słowa. Gdyby było inaczej, duże miasta bogatych krajów zachodnich robiłyby to od dawna. Nie ma żadnego miasta powyżej pół miliona mieszkańców, które wprowadziłoby bezpłatny transport. Nie ma czegoś takiego w cywilizowanych miastach, więc mówienie o tym, żeby w Krakowie wprowadzić bezpłatny transport, jest po prostu mrzonką. W małych miastach typu Żory, Nysa, które mają kilka linii autobusowych, bezpłatne linie można wdrażać. Ale w mojej ocenie tak naprawdę niewiele to zmieni w przyzwyczajeniach transportowych mieszkańców.

Małgorzata Tomczak: Dziękuję za rozmowę!

rozmawiała: Małgorzata Tomczak