Организация полосы отвода как части транспортной инфраструктуры

Конкурентоспособность любого вида транспорта зависит, в первую очередь, от стоимости его инфраструктуры, затрат на перевозку грузов и пассажиров, его экологичности.

Стоимость инфраструктуры при ее проектировании, строительстве и эксплуатации функция многих факторов, среди которых значимыми являются: рельеф, инженерно-геологические условия, ценность занимаемых земель. Эти параметры должны учитываться еще при выборе направления трассы линейного объекта, а значит и транспортных коридоров.

Земли, на которых расположена транспортная инфраструктура, называются полосой отвода.

Полоса отвода железнодорожной магистрали в 2 ч- 3 раза меньше, чем земли, необходимые для автомобильной дороги той же мощности, что, естественно при прочих равных условиях, повышает конкурентоспособность железнодорожного транспорта.

За жизненный цикл транспортная система может изменяться (как в пространстве так и во времени), а вместе с ней — и полоса отвода. В этом смысле можно говорить об организации и управлении полосой отвода.

При резервировании земель в соответствии с существующими и перспективными нуждами железной дороги необходимо согласовать две противоположные тенденции:

— расширение полосы отвода для резервирования земель под возможное развитие транспортных сооружений и устройств. (Дорога могла бы сдать «свободные» земли полосы отвода в аренду, что принесло бы определенный экономический эффект);

— сокращение размеров полосы отвода для минимизации затрат и выплачиваемой железной дорогой суммы соответствующих налогов.

Объектом рассматриваемого диссертационного исследования является полоса отвода, как основа инфраструктуры любой транспортной системы и транспортных коридоров, от которой в значительной степени зависит развитие материально-технической базы транспорта, его экологическая безопасность и конкурентоспособность.

Актуальность исследования вытекает из значимости той роли, которую выполняет полоса отвода как часть структуры транспортной системы (на примере железнодорожного транспорта). Плата за земли полосы отчуждения в виде земельного налога — это такой вид затрат, которой при выбранной конструкции устройств и сооружений не зависит от интенсивности движения и поэтому — постоянен и обязателен.

Полоса отвода — это буферная зона между окружающей средой и загрязняющими ее проходящими поездами. Даже техногенные катастрофы, если они происходят по вине железной дороги, случаются практически в полосе отвода.

С полосой отвода связаны проблемы резервирования земель при развитии железной дороги.

Нормы (СН 468−74) практически рассматривали полосу отвода как производную проектных решений по размещению железнодорожного пути и др. транспортных сооружений, их «геометрии». В них нет четкого перечня факторов, влияющих на величину резервирования земель, и не указывается ситуация, когда тот или иной параметр имеет привалирующее значение, отсутствует методика экономического обоснования размеров полосы отвода, в условиях плюрализма собственности на землю т.к. «нормы» создавались, когда не было рыночных отношений, вся земля была либо государственная, либо колхозная.

Последняя проблема (учет стоимости земли, арендной платы, налога на землю) усугубляется с реформированием железнодорожного транспорта и возможностью появления частных железных дорог.

Не исследована и защитная функция полосы отвода окружающей среды от неблагоприятных воздействий железной дороги, в том числе, и при техногенных катастрофах.

Рациональное управление полосой отвода возможно сейчас только с использованием информационных технологий, которые до настоящего времени в рассмотренной области отсутствовали.

Сейчас, когда соседние с полосой отвода земли могут находиться в негосударственном владении, изменение границ полосы отвода, в случае необходимости, может быть связано со значительными трудностями и денежными затратами. Даже владелец земель охранной зоны может потребовать с железной дороги платы за ограничения в их использовании, накладываемые на эти земли статусом «охранной зоны».

Существующие юридические документы, определяющие статус полосы отвода, к сожалению, не учитывают все ее функциональные стороны.

Следует учитывать необходимость применения компьютерных технологий при корректировке и документальном сопровождении полосы отвода: создание своеобразного электронного паспорта полосы отвода.

В настоящее время на железных дорогах РФ внедряется вычислительная техника, что позволяет создать единое информационное пространство для анализа управления инфраструктурой железных дорог.

Актуальной стала идея формирования геоинформационной системы железной дороги, с принципиально новым способом обработки информации об инфраструктуре, позволяющем «проигрывать» разнообразные варианты ее «облика».

Диссертационная работа посвящена анализу некоторых факторов, влияющих на размеры полосы отвода, определению ее экономически-рациональной величины, оценке ее стабильности, выработке рекомендаций по установлению рациональной ширины полосы отвода, созданию программного продукта, как части «АСУ-ПУТЬ».

Таким образом, можно сформулировать следующие цели работы:

1. Выявление роли полосы отвода как части инфраструктуры железной дороги.

2. Определение и анализ факторов, влияющих на размеры полосы отвода.

3. Выявление роли полосы отвода как буферной зоны между движущимися поездами и окружающей средой.

4. Обоснование резерва земель для развития железной дороги.

5. Определение стабильности полосы отвода.

6. Создание методики, алгоритма и компьютерной его реализации определения размеров полосы отвода с учетом влияющих факторов, с возможностью интеграции в единое информационное пространство «АРМ-ПУТЬ».

В работе использовались материалы исследований кафедры, в которых автор принимал непосредственное участие.

Поставленные цели исследования были реализованы в главах диссертации.

В главе 1 «Анализ организации полосы отвода как основы инфраструктуры железных дорог» дается значение полосы отвода и существующих принципов определения ее размеров. В полосе овода должны размещаться все сооружения и устройства железной дороги. В среднем на каждый километр железной дороги приходится 9−12 гектар полосы отвода. Размер полосы отвода до настоящего времени устанавливается в соответствии с утвержденными нормами и проектной документацией.

До 90-х годов прошлого столетия, когда вся земля была общенародной или колхозной собственностью, обоснованию размеров полосы отвода придавалось минимальное значение, хотя принципы проектирования железных дорог «опосредственно» рационализировали полосу отвода. Применение принципа оптимизации, при трассировании, проектировании плана, профиля, земляного полотна, искусственных сооружений, раздельных пунктов и т. п., реконструкции железных дорог, при разработке проекта организации строительства часто ведет к уменьшению полосы отвода, а учет снегои песконезаносимости геологических факторов — к ее увеличению. Проблемой оптимизации занимались многие ученые транспорта: профессора Горинов A.B., Иоаннисян А. И., Конд-ратченко А.П., Турбин И. В., Переселенов Г. С., Струченков В. И., Кантор И. И., Свинцов Е. С., Спиридонов Э. С., Шульга В. А., Першин С. П., Жинкин Г. Н. и многие другие. Учет климатических особенностей региона может повлиять на геометрию плана, профиля, расположение снегои пескозащитных сооружений. Над этими проблемами работали профессора: Дюнин А. К., Исаенко Э. П., Закиров P.C., Дубелир Г. Д., Бируля А. К., и др.

Общее количество потребной земли для строительства и эксплуатации железных дорог зависит от начертания транспортной сети. Только в последние годы над этой проблемой работали профессора: Ткаченко В. Я.,. Комаров K. JI, Гончарук С. М., коллектив ученых института ГипротрансТЭИ и многие другие. Постоянные и переменные устройства дороги, основные технические параметры характеризуют облик дороги, который определяет полосу отвода. Рационализации управления обликом дороги посвящали свои труды: проф. Гавриленков.

A.B., Быков Ю. А., Турбин И. В. и другие.

Над экономическим аспектом изъятия земель из производственной деятельности работали такие ученые, как проф. Волков Б. А., Гофман К. Г., Чепур-ных Н.В. и др.

В последнее время при проектировании и паспортизации стали использоваться компьютерные и геоинформационные технологии: проф. Шварцфельд.

B.C., Мастаченко В. Н., фирма «Кредо-Диалог».

Однако, в условиях рыночной экономики возникает проблема выработки решений в управлении инфраструктурой железнодорожного транспорта, в том числе и полосой отвода, как ее основной частью.

Сейчас, когда земля имеет реальную стоимость, а соседние с полосой отвода земли могут находиться в частном владении, содержание полосы отвода, а в случае необходимости, изменение ее границ может быть связано со значительными трудностями и денежными затратами и потребуют серьезных обоснований, в том числе и экономических.

Использование компьютерных технологий способствует решению этой задачи.

Существующие нормативные документы рассматривают полосу отвода, как следствие проектных решений для размещения транспортных сооружений, иногда с возможностью их перспективного развития. Часто это обоснование сводится к простому учету размеров сооружений — их «геометрии».

В нормах нет четкого перечня факторов, влияющих на величину полосы отвода, не указывается ситуация, когда тот или иной параметр имеет преимущественное значение. Нормы не дают правил экономического обоснования размеров полосы отвода с учетом налога на землю, стоимости земли, возможности сдачи ее в аренду.

Статус полосы отвода определяется рядом юридических документов, которые не учитывают все функциональные стороны полосы отвода. В главе дается анализ этих документов.

Во второй главе «Анализ факторов, влияющих на полосу отвода», был проведен анализ размеров полосы отвода на 324 километрах Свердловской железной дороги, который показал, что при возможном колебании ширины от 10 до 400 м, с вероятностью 0,8 ее размер не превышает 50 м в одну сторону от оси пути. В пределах станций площадь полосы отвода составляет 17% от всей рассмотренной (около 7 тыс. га). Расходы на ее содержание за год составили более 500 млн руб. в ценах 1995 года.

В главе приведены факторы, от которых зависят размеры полосы отвода, разбитые на три группы влияния: размеры и расположение устройств, обеспечивающих безопасность и бесперебойность движения поездов, условия, обеспечивающие работу полосы отвода как буферной зоны, смягчающей экологически неблагоприятное воздействие транспорта на окружающее пространство и факторы, от которых зависит экономически рациональные размеры полосы отвода.

Для определения вероятности резервирования земель под будущее развитие дороги в главе были проанализированы ряд проектов усиления участков и станций, выполненных институтом «Уралгипротранс» с 1970 по 1990 г. г. по Свердловской и Южно-Уральской железным дорогам.

С использованием полученных вероятностей возможных мероприятий по усилению железной дороги и согласно теории резервирования, резерв земли должен составлять 0,2 1 от будущего спроса.

Анализ условий работы трех дистанций пути Свердловской железной дороги позволил дать рекомендации по ширине полосы отвода в зависимости от инженерно-геологических условий.

В третьей главе «Исследование полосы отвода как защитной зоны окружающей среды от экологически неблагоприятного воздействия поездов» анализируются причины и виды загрязнения и расстояние распространения их влияния от оси пути в зависимости от ряда эксплуатационных и ситуационных факторов.

Если принять, что границей между железной дорогой и окружающей средой является граница полосы отвода, тогда сама полоса отвода будет играть роль демфира и аккумулятора, благодаря которому негативное воздействие на среду уменьшается, т. е. можно говорить о защитной функции полосы отвода. В главе исследовалась зависимость уменьшения негативного воздействия экологически неблагоприятного фактора от размеров полосы отвода.

Оценить экологически-опасные места предлагается матрицей возможных состояний, которую в случае техногенных катастроф можно трактовать, как матрицу возможных состояний аварийно-опасных мест. Основными параметрами этой матрицы являются вероятности воздействия рассматриваемого фактора на данном километре. Для оценки значений вероятности использовано понятие «предельного состояния». На основании изучения сходов и аварий на Свердловской железной дороге в главе дана оценка, так называемого, абсолютного предельного состояния — полного отказа.

В качестве примера техногенной катастрофы в главе исследуется величина зоны риска — дальность «отлета» вагона с насыпи в случае крушения. Составлялись дифференциальные уравнения движений центра масс, исследование решений которых показало, что при изменении влияющих величин (начальной скорости поезда, крутизны откоса насыпи, радиуса кривой пути в плане, коэффициента трения) следует ожидать максимальной дальности «отлета» в пределах 40 метров. Т. е. учитывать возможность крушений при расчете полосы отвода следует на станциях, расположенных на насыпях, если полоса отвода там менее 40 метров в одну сторону от оси пути.

В главе четвертой «Алгоритмы определения полосы отвода» приводятся зависимости и порядок определения размеров отвода земель с применением компьютерных технологий. На первом этапе ширина полосы отвода определяется с учетом факторов первой группы влияния. Размеры полосы отвода, необходимые для размещения земляного полотна определяются для любого поперечного профиля, решением совместных уравнений прямых аппроксимирующих откосы полотна и поверхность земли.

Экономически рациональная зона полосы отвода определяется согласно функции цели:

К= (А-Н- 3) Z/2rR/2t —>max, где К — суммарные доходы (расходы) за t лет;

А, Н, Э, R — соответственно, доход от сдачи земель в аренду, налог на землю, затраты на содержание полосы отвода, расходы на увеличение полосы отвода для развития дороги в /ом году;

Ht — коэффициент дисконтирования.

Из условия К = 0, определяется минимальная граница рациональной экономической зоны.

В главе проведено исследование зависимости величины рациональной экономической зоны от факторов третьей группы влияния.

В главе предлагается за способ хранения информации принять реляционную модель. Языком написания приложения, которое будет осуществлять связь с данными, учитывая требования МПС РФ к программным продуктам, выбирается Delphi.

Созданный программный продукт был приложением к «Нормам и правилам проектирования отвода земель для железных дорог. (ОСН 3.02.01−97)», выпущенным ГипротрансТЭИ МПС и УрГАПСом.

В пятой главе «Геоинформационная система и проектирование полосы отвода» рассматриваются требования к электронным картам, применительно к проектированию полосы отвода, содержание информационной модели полосы отвода.

Электронная карта полосы отвода создается «склейкой» и «накладкой» друг на друга топографических планов и геологических карт, которые следует привести к одному масштабу устранить погрешности, возникающие при переработке информации. Если трансформация носит линейный характер, то для ее осуществления предлагается воспользоваться алгоритмом, основным на афин-ных и проективных преобразованиях. В главе приведен пример изменения координат границы полосы отвода в результате этих преобразований, показана содержательная часть информационной модели полосы отвода. Предлагается использовать принцип многомерного подхода организации базы данных.

В выводах приводятся основные результаты исследования.

Практическая значимость работы. Результаты работы нашли свое отражение в разработанных в 1996;1997 гг. «Нормах и правилах проектирования отвода земель для железных дорог. (ОСН 3.02.01−97)» (разработчики ГипротрансТЭИ МПС РФ г. Москва и УрГАПС г. Екатеринбург), анализе и рационализации полосы отвода бывшего Чусовского отделения Свердловской железной дороги (1995 г.), обосновании размеров полосы отвода на одном из участках Копи — Люзень и Копи — Луневка Березниковской дистанции пути, 2002 г., то-же ЗАО «Востокнефтегазстройкомплект» 2002 г., в дипломном проектировании на кафедре «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались:

— на семинаре-совещании главных инженеров службы пути железных дорог РФ в 2000 г., г. Самара;

— на научно-практической конференции, посвященной 120-летию Свердловской железной дороги и 35-летию первого выпуска инженеров строителей-путей сообщения в УрГУПСе 1998 г., г. Екатеринбург;

— на конференции молодых ученых УрГУПС в 2001 г., г. Екатеринбург;

— на заседании кафедры «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС в 2002 г., г. Екатеринбург;

— на совместном заседании кафедры «Путь и железнодорожное строительство» и «Менеджмент и коммерция» УрГУПС, 2003 г., г. Екатеринбург;

— на Урало-Сибирской научно-практической конференции в 2003 г., г. Екатеринбург.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах, 1 учебном пособии и 4 машинописных научно-технических отчетах.

Автор выражает глубокую благодарность за консультации и помощь в работе сотрудникам кафедры «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС, своему научному руководителю доценту Янину В. М., проф. Сай В. М. и проф. Ялышеву Ю. И., доценту Байдалиной Л. М. и студентам строительного факультета УрГУПС за плодотворное обсуждение, ценные замечания.

ВЫВОДЫ.

1. Полоса отвода — одна из основных частей инфраструктуры железных дорог и от основных восстановительных фондов по службе пути она составляет около 8%. В условиях рыночной экономики возникает проблема выработки приемлемых решений в управлении инфраструктурой железнодорожного транспорта, в том числе, и полосой отвода, как ее частью.

2. До последнего времени обоснование размеров полосы отвода в проектах железных дорог принималось по существующим «Нормам». Однако «Нормы» не дают правил экономического обоснования полосы отвода с учетом величины налога на землю, ее стоимости, возможного дохода от сдачи земли в аренду. В нормативных документах на проектирование полосы отвода нет перечня факторов, влияющих на ее величину.

И1 3. Анализ полосы отвода ряда участков Свердловской железной дороги показал, что:

— ширина полосы отвода от оси пути до ее границы колеблется в довольно широких пределах от 10 до 400 м;

— вероятность ширины полосы отвода в пределах 20 80 м равняется 0,8.

0,9;

— около 17% полосы отвода соответствует станциям, где ценность земли выше чем на перегоне.

4. На ширину полосы отвода могут влиять следующие факторы:

— размеры транспортных сооружений;

— эксплуатационные требования (снегозащита, пескозадержание и др.);

— инженерно-геологические условия;

— рельеф местности;

— размещение и размеры водопропускных сооружении;

— размер зоны, запрещающей доступ посторонних;

— резерв, потребный для перспективного развития в случае увеличения мощности дороги;

— экология и зона «риска» — область, на которую возможно распространение неблагоприятного влияния от чрезвычайных происшествий на железнодорожном транспорте;

— экономические факторы: стоимость содержания полосы отвода, величина налога на землю, ее цена, размер аренды- — законодательство о земле.

5. Оптимальность политики в создании резерва земли сводится к тому, чтобы как при недостатке, так и при избытке резерва по сравнению со «спросом» дорога не несла убытков. Исходя из этого для крупных станций резерв земли должен равняться будущему спросу, в остальных случаях не более 0,2 от потребности земли, необходимой для реконструктивных мероприятий.

6. Организация полосы отвода в зависимости от инженерно-геологических факторов определяется из условий возможного проявления деформаций земной поверхности и мероприятий по предупреждению этих явлений. Рекомендуемая ширина полосы отвода в одну сторону от главного пути по инженерно-геологическим условиям (карст, оползни, техногенные землетрясения, овраги, торфы, пучение, склоновые процессы и выветривание горных пород) составляет 50 100 м.

7. Рационализация «облика» железной дороги ведет к изменению размеров полосы отвода. При вероятности стабильности полосы отвода 0,9 0,95 корректировка ее границ должна проводиться через каждые 10 + 20 лет.

8. Полоса отвода играет роль буферной зоны между железной дорогой и окружающей средой.

Вредное влияние вибраций от проходящих поездов и электромагнитное излучений практически гасится в пределах полосы отвода.

Полоса шириной 120 м исключает попадание пыли от проходящих по-^ ездов за её пределы, а при наличии зеленых насаждений эта величина уменьшается до 60 м. При ширине полосы отвода с зелеными насаждениями 35 м концентрация пыли снижается до требуемого ПДК.

Однако, полоса отвода не является достаточным прикрытием от нежелательного воздействия шума от поездов.

9. Полоса отвода в случае техногенных катастроф на железнодорожном транспорте играет роль защитной зоны. Аварийноопасные места могут быть описаны матрицей возможных состояний.

В населенных пунктах, если железная дорога проходит на насыпи, полоса отвода должна рассчитываться с учётом возможных аварий (катастроф) проходящих поездов — не менее 40 м в каждую сторону от оси пути.

10. Разработанный автором алгоритм организации полосы отвода и построенная на его основании программа позволяют найти:

— размеры полосы отвода с учетом любого очертания поперечного профиля земляного полотна укрепительных, водоотводных сооружений, линий связи, ЛЭП, попадающих в рассматриваемое сечение;

— экономически рациональную зону с учетом таких величин, как налог на землю, эксплуатационные расходы, стоимость аренды земли, затраты на уширение полосы отводаи учесть инженерно-геологические и экологические требования.

Созданный программный продукт явился составной частью «Норм и правил проектирования отвода земель для железных дорог. (ОСН 3.02.01−97)», разработанных ГипротрансТЭИ и УрГАПС.

11. Использование геоинформационной модели полосы отвода позволяет:

— периодически обновлять информацию о полосе отвода;

— оценить экономическую эффективность её функционирования в требуемый момент времени.

Необходимой характеристикой полосы отвода должен быть её электронный паспорт.

Заложение.

Рис. 4.10. Структура базы данных (фрагмент отношений).

4.4 Создание приложения с использованием Delphi.

Для работы пользователей с реляционной базой данных, обеспечивающей хранение всей необходимой информации, необходимо создать приложение, которое будет осуществлять связь с этими данными.

Помимо этого на него будут возложены следующие функции:

— ввод исходных данных и запись;

— расчет ширины полосы отвода и запись полученного результата;

— представление аналитической и графической информации;

— формирование требуемых запросов;

— анализ изменения ширины полосы отвода при изменении соответствующего параметра, с возможностью построения графика;

— передача данных для распечатки на принтере либо плоттере.

Учитывая современные требования, которые предъявляются к программным продуктам Департаментом пути МПС России, языком написания такого приложения выбираем Delphi.

Delphi это визуальная среда разработки приложений, которая базируется на 32-разрядном объектно-ориентированном языке программирования Object Pascal, фирмы Borland/Inprise. Создаваемые на ее основе программные модули (ЕХЕ и DLL) работают в операционных системах Windows9x, Windows2000, WindowsNT.

Поддержка баз данных — одна из ключевых особенностей среды программирования Delphi. Приложения баз данных, написанные на Delphi, не имеют прямого доступа к используемым ими источникам данных. Такой доступ осуществляется при помощи Машины баз данных (Borland Database Engine, BDE), которая благодаря наличию соответствующих драйверов имеет прямой доступ к ряду источников данных, таких как таблицы dBase, Paradox, ASCII, FoxPro и Access. BDE также взаимодействует с SQL Link — инструментом, предоставляющим доступ к раду локальных и удаленных SQL-серверов. В число удаленных серверов входят Oracle, Sybase, Informix, InterBase и DB2. Если требуется доступ к иной базе данных или другому формату данных, то BDE может взаимодействовать с драйверами ODBC.

Таким образом, для связи приложения с базой данных используется BDE ^ и компоненты доступа к данным TDatabase, TDataSource, TTable, TQuery, относящиеся к библиотеке визуальных компонентов (VCL) Delphi и помещенные в само приложение. Отображение данных осуществляется с помощью компонентов управления данными TDBGrid, TDBMemo, TDBEdit, TDBNavigator, TDBText, TDBImage, TDBListBox, TDBComboBox, TDBCheckBox, TDBRa-dioGroup, TDBLookupListBox, TDBLookupComboBox, TDBRichEdit, TDBCtrlGrid, TDBChart, которые помещаются в приложение по мере необходимости.

Созданный проект может работать, как в локальном, так и в сетевом варианте, т.к. связь с базой данных осуществляется посредством SQL-запросов.