При описании структуры сетей метрополитена, как правило, исследователи используют ряд простых показателей (число действующих линий, общая протяженность и плотность сети), которые, однако, не могут передать всю сложность пространственной композиции (устройства) каждой сети отдельно. Иногда при описании конфигурации таких сетей используют разные морфологические типологии. Так Л.И. Василевский в 1970-е годы выделял такие типы конфигураций сетей (Василевский,1971,с.35-36; 1976, с.24): линейный, радиальный, радиально-полукольцевой, радиально-кольцевой и древовидный, тогда как К. Иваничка (1987,с.235-238) – одотропный, моноцентрический, многоосевой, полицентрический, конвергентный, веерный. А.М. Якшин (1946, с.10-13) разделял сети на линейные, трехлучевые, четырехлучевые, многолучевые, с двойными связями (по две параллельные магистрали), сложные и очень сложные. А. Полесе (Polese,1974,p.286), изучив конфигурации всех сетей метрополитена мира, обобщил их в следующие типы: сквозной диаметр с ветками, два касающихся диаметра, два пересекающихся диаметра с ветками, кольцо с ветками, треугольник с 6 ветками, прямоугольная решетка, радиально-кольцевая структура, прямоугольно-диагональная сеть. Эта последняя типология чаще всего и используется для описания структуры сетей метрополитена и линий скоростного трамвая (например, см. Light Rail ,2001, p.81-91).
Тем не менее, такие типологии не дают
ни количественной, ни качественной характеристики пространственной
структуры рассматриваемых сетей. Их нельзя использовать
при проектировании и прогнозе развития транспортной сети.
Поэтому нами уже ранее (Тархов, 1987) предлагалась классификация
сетей метрополитенов мира по уровню топологической сложности
их структуры (по числу топологических ярусов в циклическом
остове сети и по числу циклов), которая позволяет давать
такие описания и количественные оценки качества пространственной
композиции сетей. За прошедшие после публикации 15 лет
число метрополитенов в мире увеличилось с 66 до 100. Поэтому
мы решили проверить предложенную ранее классификацию и узнать,
насколько усложнились структуры этих сетей, выяснить, какие
типы структуры характерны для вновь открытых метрополитенов,
какие морфологические типы преобладают сейчас, какова максимальная
сложность таких сетей, какова динамичность их структур.
Для этого нами была изучена топологическая структура всех
100 сетей метрополитена мира, которые действовали в конце
2002г. (табл. 1). Рассматривались все так называемые «тяжелые»
метрополитены (классические внеуличные метрополитены с большими
вагонами), автоматические облегченные метрополитены (типа
«ВАЛ/VAL»), а также несколько нетрадиционных метрополитенов
(рельсовые системы переходного типа «трамвай-метро», обслуживающие
территории больших городов либо в тоннелях, либо на эстакадах,
но фактически являющихся метрополитенами; например, во
Франкфурт-на-Майне, Амстердаме, Роттердаме, Измире). Не
рассматривались системы скоростных трамваев, линии которых
проходят на обособленном полотне, но имеют малогабаритный
подвижной состав (так называемые «легкие» или «облегченные»
городские скоростные железные дороги).
Города упорядочены по топологическим классам сложности структуры сетей (числу ярусов в остове циклической сети и числу ярусов разветвления К у сетей-деревьев), числу циклов, числу станций.
Для описания и измерения топологической сложности сети каждого метрополитена была собрана картографическая информация по всем 100 системам. Сеть линий каждой системы метро была нанесена на план города и затем расчленена топо-морфологическими методами (Тархов, 1989) на структурные топологические компоненты (циклический остов, внеостовные циклы, топологические ярусы, дендриты). Затем все сети были расклассифицированы по уровню топологической сложности (по числу топологических ярусов, числу циклов, числу ярусов разветвления в случае сети-дерева).
С топологической точки зрения сети линий метрополите-на значительно проще сетей наземного городского пассажирского транспорта.
Основные типы сетей
Главным признаком выделения классов пространственной сложности сетей метрополитена являлось число топологических ярусов в циклическом остове сети (Тархов, 1987, 1989). Если в циклической сети нет ни одного яруса (а, следовательно, и осто-ва), она относится к 0 классу, а, когда в сети нет ни одного цикла, - к классу дерева (класс с отрицательным числом топологических ярусов). Топологическая сложность деревьев определяется по числу ярусов разветвления.
Все сети метрополитена по уровню топологической сложности своей структуры делятся на четыре больших группы: сложные циклические (имеют циклический остов с 3 ярусами), циклические сети средней сложности (имеют в своем составе циклический остов с 1-2 топологическими ярусами), простые циклические (имеют только по одному циклу в сети, т.е. являются моноциклическими) и сети-деревья (в их структуре нет замкнутых контуров, они слагаются только из древовидных элементов – ветвей и цепей).
Несколько самых сложных сетей (Токио, Нью-Йорк, Париж, Лондон, Мадрид, Сеул) имеют 3 яруса в остове. Самую сложную топологическую структуру имели сети метрополитена Токио (3 яруса и 76 циклов) и Нью-Йорка (включая систему PATH; 3 яруса и 75 циклов). Отметим, что сеть Токио «перегнала» Нью-Йорк в 2001г., после открытия в японской столице новой большой кольцевой линии. Париж и Лондон значительно уступают по уровню сложности этим двум крупнейшим в мире системам. В этот же класс сложности (3-й) в 2001г. вошла быстро росшая последние 10 лет сеть метрополитена Сеула. По 2 топологических яруса в циклическом остове имеют сети метро Мехико, Москвы, Осаки, Берлина. Среднее число циклов в циклических сетях с 3 топологическими ярусами составляло 57, с 2 ярусами – 20 ( табл. 1).
Среди циклических сетей метро преобладают одноярусные (их 16; среднее число циклов в таких сетях - 5) и безостовные (с одним циклом; их – 19). Безостовные сети различаются по числу ветвей, расходящихся от единственного цикла: по 4, 3, 2 и 1. Особым случаем в этом классе является сеть метро Глазго, состоящая из единственной кольцевой линии (т.е. число ветвей здесь равно нулю). Чаще же всего в сетях метрополитена встречаются моноциклические структуры с 3-5 ветками.
Табл.1. Топологический размер сетей наземного городского транспорта и метрополитена (по числу циклов)
| Классы
сетей
|
Сети наземного городского транспорта |
Сети метрополитена |
||
| (число ярусов в остове)
|
Число
циклов |
Среднее
число циклов |
Число
циклов |
Среднее
число циклов |
11 |
1823 |
- |
- |
- |
10 |
- |
- |
- |
- |
9 |
854-1471 |
- |
- |
- |
8 |
- |
- |
- |
- |
7 |
521-834 |
676 |
- |
- |
6 |
547-580 |
563 |
- |
- |
5 |
140-471 |
235,1 |
- |
- |
4 |
91-458 |
174,4 |
- |
- |
3 |
26-157 |
63,0 |
36-79 |
56,7 |
2 |
6-64 |
22,8 |
13-25 |
20,0 |
1 |
2-26 |
6,9 |
2-14 |
4,5 |
0 |
1-6 |
1,6 |
1 |
1 |
Более половины сетей метро (55 из 100) являются деревьями, т.е. не имеют в своем составе замкнутых циклов. Деревья различаются по числу ярусов разветвления К. Чем проще структура, тем большее разнообразие ее типов встречается. Наиболее сложную среди них структуру имеет сеть метро Осло (6 ярусов разветвления; после замыкания первого цикла в 2006г. эта сеть превратится в безостовную циклическую). По 4 яруса разветвления имеют 7 сетей-деревьев, по 3 яруса – 3 сети, по 2 яруса – 17. Среди сетей с 2 ярусами разветвления (К=2) выделяются три ти-па: 1)сеть-звезда – число лучей, расходящихся от центрального пересечения, может быть от 5 до 7 (например, сеть Будапешта – с 6 лучами); 2)сеть-крест - из центральной вершины-перекрестка выходят 4 луча (Минск, Новосибирск, Пхеньян, Рим, Тегеран); 3)сеть-тройник – из центральной вершины выходят три линии (Тбилиси, Медельин, Фукуока). Деревья с К=3 представляют собой различные сочетания структур типа К=2: тройник с тройником, тройник с крестом, тройник со звездой, крест с крестом, крест со звездой, звезду со звездой.
27 сетей имели простейшую структуру - это одна линия без всяких разветвлений. Эти сети различаются своими размерами – протяженностью линии и числом станций. Самыми протяженными среди этого простейшего типа структур были линии метрополитенов Йокогамы, Тэгу, Бильбао, Майами, Инчхона, а самыми короткими – недавно открытые метрополитены Стамбула, Днепропетровска, Екатеринбурга, Софии и Дели.
Сети метро отличаются от всех остальных типов транспортных сетей своей упрощенной топологической структурой, повышенным уровнем разветвленности за счет более протяженных внешних дендритов. Уровень топологической сложности у сетей метрополитена, как показано в Тархов (2002), ниже, чем у маршрутных сетей общественного наземного транспорта больших городов (табл. 1): число циклов в сетях метрополитена меньше.
Таким образом, анализ морфологического строения сетей 100 метрополитенов мира позволил выявить 5 топологических классов их сложности: самые простейшие (деревья с числом разветвлений от 1 до 6), циклические сети без остова, простые циклические (с 1 и 2 ярусами в остове) и средние по сложности циклические (с 3 и 4 ярусами в остове). Анализ морфологических типов сетей показал, что чем сложнее топологическая структура сети, тем меньше разнообразие ее конфигурационных форм; чем проще она, тем больше это разнообразие.
Динамика типов
Сравним, насколько повысился уровень топологической сложности структуры сетей крупнейших систем метрополитена мира в период с 1985г. по 2002г. (табл. 2). Структура сетей Нью-Йорка, Москвы, Берлина, Осака в этот период усложнилась незначительно (возникло от 3 до 7 новых циклов). В этот же период число вновь появившихся циклов увеличилось значительно в сетях метрополитена Токио (+ 42), Сеула (+24), Мехико и Мадрида (по 14) и Лондона (13 новых циклов благодаря постройке новой системы DLR и открытию Юбилейной линии). Сеул по уровню сложности циклического остова догнал старые сети Нью-Йорка и Парижа и являлся самой динамичной сетью метрополитена мира (2-й топологический ярус в остове появился в 1985г., 3-й – в 2001г., при этом число циклов возросло с 8 до 36). Таким образом, рост сетей метрополитена Сеула, Токио, Мадрида, Лондона в течение последних 17 лет был самым интенсивным среди остальных сетей. Сеть линий метрополитена Нью-Йорка, которая с 1932г. по 1942г. была самой сложнейшей в мире (в этот период в ее циклическом остове было 4 топологических яруса и 100 циклов - максимальное число среди всех сетей метро в мире за всю их историю), после снятия всех надземных линий “Elevated” в 1937-85гг. ушла на 2-е место в мире, уступив сети Токио в марте 2001 г.
В этот же период не изменилась структура циклического остова двух сетей – Гамбурга и Буэнос-Айреса – там не возникло ни одного нового цикла. За этот период из 1-го во 2-й класс топологической сложности (появился 2-й ярус в циклическом остове) перешли 5 сетей (Нагоя в 1989г., Милан в 1990г., Санкт-Петербург в 1991г., Лиссабон в 1998г., Стокгольм – в 2000г.); из 2-го в 3-й класс – 4 сети (Токио в 1997г., Мадрид в 1998г., Лон-дон в 1999г. и Сеул в 2001г.). Таким образом, из 21 самых сложных сетей в более высокий класс переместились девять, а остальные 12 пребывают в том же классе топологической сложности, что и в 1985г. Наиболее радикально усложнилась структура сетей Сеула, Токио, Мехико, Мадрида и Барселоны; самыми «застойными» в плане изменчивости топологической структуры являлись сети метрополитена Гамбурга, Буэнос-Айреса, Нью-Йорка, Парижа, Берлина, Вашингтона. Такая подвижность или устойчивость морфологических типов сетей метрополитена вызвана несколькими причинами. Среди них стоит упомянуть общий экономический спад (или застой) ряда крупнейших городов и бурный рост других; неудачные или удачные стратегии градостроительной политики в области транспорта (в т.ч. приоритет развитию скоростного внеуличного рельсового или легкового автомобильного). При разработке генеральных схем развития систем внеуличного скоростного рельсового транспорта следует учитывать положительный опыт проектирования и строительства систем метрополитена Сеула, Токио, Мадрида, Мехико и Барселоны. Генеральные схемы развития этих сетей быстро реализуются, и в настоящее время здесь идет сооружение нескольких новых сквозных и кольцевых линий метрополитена, которые значительно снизят транспортные перегрузки не только в центрах, но и на периферийных частях этих городских агломераций. Завершенные в последние годы постройкой сети скоростных автострад в этих агломерациях не смогли решить их транспортную проблему. Именно поэтому единственным способом решения здесь признано значительное пространственное расширение и радикальное структурное усовершенствование сетей скоростного рельсового сообщения.
Табл.2. Изменение топологической структуры сетей крупнейших метрополитенов мира в 1985-2002 гг.
* Метрополитены упорядочены по числу стадий
роста
(увеличению числа классов) и числу появившихся в
сети циклов.
Города |
Из
какого класса в какой перешла (число полностью пройденных
классов) |
Год
появления сети-дерева (число ярусов разветвления К) |
Год
перехода в 0-й класс |
Год
перехода в 1-й класс (число циклов в сети μ) |
Год
перехода во 2-й класс (число циклов в сети μ) |
Год
перехода в 3-й класс (число циклов в сети μ) |
Год
перехода в 4-й класс (число циклов |
Число
циклов μ в 2002гг. (в 1985г.) |
Абсолютный |
μ) |
прирост |
||||||||
+Δμ
в 1985-2002гг. |
|||||||||
Нью-Йорк |
Д→4
(5) |
1870 |
1878 |
1880
(3) |
1905
(14) |
1918
(34) |
1932
(88) ↓ |
- |
- |
Нью-Йорк |
4→3
(-1) |
- |
1942 |
←1941
(100) |
75 |
5 |
|||
-93 |
-70 |
||||||||
Токио |
Д→3
(4) |
1927 |
1959 |
1963
(4) |
1974
(25) |
1997
(52) |
- |
76
(34) |
42 |
Париж |
Д→3
(4) |
1900 |
1903 |
1904
(2) |
1908
(8) |
1931
(44) |
- |
63
(57) |
6 |
Лондон
вместе с DLR |
Д→3
(4) |
1863 |
1874 |
1884
(2) |
1906
(11) |
1999
(48) |
- |
50
(37) |
13 |
Мадрид |
Д→3
(4) |
1919 |
1929 |
1941
(3) |
1968
(10) |
1998
(36) |
- |
39
(25) |
14 |
Сеул |
Д→3
(4) |
1974 |
1983 |
1984
(2) |
1985
(8) |
2001
(33) |
- |
36
(8) |
24 |
Мехико |
Д→2
(3) |
1969 |
1970 |
1982
(2) |
1988
(10) |
- |
- |
18
(4) |
14 |
Москва |
Д→2
(3) |
1935 |
1938 |
1950
(3) |
1954
(8) |
- |
- |
24
(17) |
7 |
Осака |
Д→2
(3) |
1933 |
- |
1965
(2) |
1970
(10) |
- |
- |
18
(12) |
6 |
Берлин |
Д→2
(3) |
1902 |
1923 |
1930
(4) |
1978
(10) |
- |
- |
13
(10) |
3 |
Барселона |
Д→1
(2) |
1924 |
1932 |
1969
(3) |
- |
- |
- |
14
(8) |
6 |
Гамбург |
Д→1
(2) |
1912 |
1912 |
1934
(2) |
- |
- |
- |
7
(7) |
0 |
Нагоя |
Д→1
(2) |
1957 |
1977 |
1989
(4) |
- |
- |
- |
6
(1) |
5 |
Вена |
Д→1
(2) |
1976 |
1979 |
1980
(2) |
- |
- |
- |
6
(2) |
2 |
Мюнхен |
Д→1
(2) |
1971 |
1980 |
1984
(2) |
- |
- |
- |
4
(2) |
2 |
Милан |
Д→1
(2) |
1964 |
1978 |
1990
(2) |
- |
- |
- |
4
(1) |
3 |
Петербург |
Д→1
(2) |
1955 |
1967 |
1991
(3) |
- |
- |
- |
4
(1) |
3 |
Стокгольм |
Д→1
(2) |
1950 |
1975 |
2000
(4) |
- |
- |
- |
4
(2) |
2 |
Вашингтон |
Д→1
(2) |
1976 |
1977 |
1983
(3) |
- |
- |
- |
4
(3) |
1 |
Буэнос-Айрес |
Д→1
(2) |
1913 |
1937 |
1966
(3) |
- |
- |
- |
3
(3) |
0 |
Лиссабон |
Д→1
(2) |
1959 |
1993 |
1998
(2) |
- |
- |
- |
2
(0) |
2 |
Литература
1. Василевский Л.И. Конфигурация транспортных
путей // Транспортная система мира. М., 1971, с.25-37
2. Иваничка К. Социально-экономическая география. – М.:
Прогресс, 1987. – 390с.
3. Тархов С.А. Типология конфигураций метрополитенов мира
// Метрострой. –1987. - № 3, с.27-29
4. Тархов С.А. Эволюционная морфология транспортных сетей:
методы анализа топологических закономерностей. - М.: ИГ
АН СССР,1989 . - 221 с.
5. Тархов С.А. Пространственные закономерности эволюции
транспортных сетей. Автореферат диссертации на соискание
ученой степени доктора географических наук. – М.: ИГ РАН,
2002. – 46с.
6. Якшин А.М. Транспорт и планировка городов //Архитектура
СССР. –1938. -№5.-с.20-28
7. Якшин А.М. Планировка транспортных сетей: Опыт градо-строительного
исследования. – М.: Гос. архитектурное изд-во, 1946. – 88
с.
8. Jane’s Urban Transport Systems. Ed. C.Bushell. 16th edition.1997/98.
- Coulsdon, 1997. – 698p.
9. Light rail networks and lines. Basic network layouts
and their application // Light rail in Germany. – Dusseldorf,
2000, p.81-91
10. Polese A. Schemi tipo di rete di metropolitana // Polese
A. Trasporti urbani. Napoli, 1974, p.286
11. Railway Directory. 2001. – Sutton: RGI, 2001. – 317р.