KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 Nghiên cứu tính kết nối mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội dựa cách tiếp cận phân tích mạng giao thông ■ TS BÙI TIẾN THIÊM Trường Đại học Giao thơng vận tải TĨM TÂT: Bài báo nghiên cứu tính kết nối mạng lưới đường sắt thị Hà Nội dựa cách tiếp cận phân tích mạng lưới Trên sở phân tích, tuyến đường quan trọng, nhà ga kết nối trọng yếu thảo luận Kết nghiên cứu sử dụng để đánh giá mức độ ưu tiên xây dựng quản lý khai thác TỪ KHÓA: Đường sắt thị Hà Nội, tính kết nối, phân tích mạng giao thơng ABSTRACT: This paper conducted a study on the connectivity of the Hanoi Metro based on the network analysis approach The results of this research would show the important lines, key stations and links in the Hanoi Metro network These results could be used to evaluate the priority in construction and management KEYWORDS: Hanoi Metro, connectivity, network analysis 1.ĐẶTVẤNĐÉ Phát triển hệ thống giao thông công cộng xem giải pháp hữu hiệu giúp phòng tránh TNGT giảm UTGT thành phố lớn Việc hạn chế phương tiện cá nhân, thời tổ chức loại hình vận tải hành khách cơng cộng xu nhằm phát triển giao thông đô thị vững đô thị lớn Với Thủ đô Hà Nội, việc ưu tiên phát triển hệ thống vận tải hành khách công cộng khối lượng lớn HĐND TP Hà Nội đặc biệt ý thể Nghị số 07/2019/ NQ-HĐND Bên cạnh đó, Quy hoạch GTVTThủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến 2050 [1] xác định hệ thống đường sắt thị đóng vai trị tạo nên khung xương sống hồn chỉnh cho hệ thống giao thơng Thủ đơ, tạo hội phát triển tồn diện kinh tế - xã hội, văn hóa, trị Trong hệ thống giao thông công cộng Hà Nội tương lai, mạng lưới đường sắt đô thị nhận nhiều kỳ vọng thay đổi diện mạo Thủ đô, giải ùn tắc Theo quy hoạch, Hà Nội có tuyến đường sắt thị bao gồm tuyến khu vực trung tâm tuyến kết nối đến đô thị vệ tinh vùng ven Hệ thống đường sắt với khả kết nối cao cung cấp dịch vụ logistics hiệu quả, coi tảng hoạt động kinh tế Kết nối đánh giá hiệu hệ thống đường sắt thông qua việc đo lường mức độ kết nối ga với thông qua chuyển động phương tiện 190 luống hành khách Việc nghiên cứu đánh giá tính kết nối hệ thống đường sắt quan trọng Qua đó, hiệu suất, độ tin cậy tính ổn định hệ thống thể Hơn nữa, việc phân tích kết quan trọng cho việc đánh giá mức độ quan trọng ga liên kết tuyến phục vụ cho công tác quản lý sau Có nhiều cách tiếp cận để mô tả đặc điểm kết nối hệ thống GTVT, chẳng hạn mơ phỏng, phân tích kinh tế lượng, nghiên cứu lý thuyết kinh tế, phân tích mạng Trong số cách tiếp cận này, phân tích mạng có tính trực quan dễ hiểu nhiều vấn để vể GTVT (ví dụ: lập kế hoạch phương tiện, phân tích rủi ro, định đầu tư vốn) liên quan đến số dạng mạng Trong tuyến đường sắt đò thị Hà Nội, có tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đơng đưa vào khai thác Do đó, khó để dùng liệu thực tế luồng giao thông, lưu lượng hành khách để đánh giá tính kết nối hiệu suất hoạt động mạng lưới Trong tình hình đó, phân tích mạng (network analysis) phương pháp tiếp cận trực quan giải thích để xác định đặc điểm kết nối hệ thống đường sát Thơng th ường, hệ thống đường sắt mơ hình hóa mạng lưới đường sắt: nút đại diện cho ga nhất; cạnh kết nối hai nút đại diện cho tổn kết nối (còn gọi tồn đường ray) hai nhà ga tương ứng Dựa đại diện mạng hệ thống giao thơng, có số số kết nói dựa khoa học mạng lý thuyết đổ thị, chẳng hạn kết nối cạnh (edge connectivity), kết nối nút (node connectivity), độ dài đường ngắn trung bình (average shortest route length), kết nối đại số (algebraic connectivity) [2], hiệu tổng thể mạng lưới (global efficiency) [3] Các kết tính tốn đểu dựa mạng lưới tuyến đường nên tương đồng Do liệu mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội chủ yếu nằm quy hoạch nên số thông số (thời gian lại, độ dài tuyến đường ) mạng lưới bị hạn chế, báo tập trung phân tích dựa kết nối đại số (algebraic connectivity) Đầu tiên, báo tập trung phân tích kết nối đại số ứng dụng phân tích hệ thống mạng lưới giao thơng Tiếp theo, ứng dụng cách tiếp cận vào việc phân tích mạng lưới đường sắt thị Hà Nội đưa Trên sở phân tích, tuyến đường quan trọng, nhà ga kết nối trọng yếu thảo luận Kết xác định phần quan trọng mạng lưới để quản lý mức độ ưu tiên xây dựng khai thác KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 2.CƠSỞLÝTHUYẾTVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Trong nghiên cứu này, mạng lưới đường sắt (G) vớ N = {1,2, , i,j, m,n}ga, A = {12, , i j, gh, ,mn} liên kết xem xét Phương pháp nghiên cứu sử dụng dựa vào lý thuyết ma trận Laplace (Lapacian matrix) kết nối đại số (Algebraic connectivity) để phân tícli liên kết quan trọng mạng lưới 2.1 Ma trận Laplace Ma trận Laplace phần lý thuyết đổ thị, ng liên cứu cấu trúc toán học liên quan mục đích để lập mị hình cặp hai đối tượng sau lập mơ hình mạng quy mơ lớn hơn, Laplacian mạng lưới G có thê minh họa ma trận: £(G) = Ũ(G)~ 4(G) (1) Trong đó:L(G) - Ma trận Laplace G; D(G) - Ma trận đường ché o ma trận độ có thành phần bậc đỉnh (ga , hiểu số liên kết kết nối từ ga; A(G) - Ma trận kề G, xác định lân cận liên kết nút a = nết nút i kết nối với nút J a j = ngược lại Trên ma trận Laplace L(G), cac phần tử đường chéo Ị L bậc nút i phần tử đường chéo, thu từ ma trận kề, I = nút I kết nối với nút j khơng, kết luận bằng: 'deg (i) lị j = —1 nẽu i = j nẽu i * j i kễt nối với j trường hợp cịn lại (2) Bước 1: Phân tích khả kết nối đại số toàn mạng, biểu thị Ầ2(G)góc Bước 2: Sử dụng phương pháp kịch để mô trường hợp liên kết cụ thể ga i j khỏi hệ thống giao thông ví dụ Bước 3; Tính tốn kết nối đại số mạng lại sau loại bỏ liên kết ga i j, biểu thị Ă2 (G)i, j Bước 4:Tính tốn mức độ quan trọng liên kết I j (VA,i j) công thức: |A2(G)oỗc— A2(G)j ;ị VA.U = Có thể thấy V liên kết ij lớn X1OO% (4) cao mức độ quan trọng PHẬN TÍCH TÍNH KẾT NỐI CÙA MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG SẮT ĐỔ THỊ HÀ NỘI 3.1 Tổng quan quy hoạch mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội Mạng lưới đường đô thị khu vực đô thị trung tâm Hà Nội gồm tuyến với tổng chiều dài khoảng 318 km [5] Trong tuyến đó, có tuyến Cát Linh - Hà Đơng hồn thành khai thác, tuyến Nhổn - Ga Hà Nội thi công, tuyến lại (tuyến số 1, 2,4,5,6,7,8) chưa triển khai Sơ đô tổng thể tuyến thể sau: Trong đó: deg (I) bậc nút I 2.2 Kết nối đại số Kết nối đại số giá trị riêng nhỏ thứ hai (Ầ2) từ ma trậr Laplace đồ thị G, mục đích để đo mức độ kết nối Imạng.Theo Fiedler [4], cho phần tửe = (1, ,1) Wlí tập hợp cột vector X, giá trị riêng nhỏ thứlhai kết luận rằng: (3) Ấ2 = minxT L(G)x xew Kết nối đại số mạng lưới đường sắt G (Ă2 (Gj) nhậ giá trị (Ầ2 (G) = 0) mạng bị tách biệt Nói các) khác, liên kết mạng bị loại bỏ làm cho mạng bị tách biệt, kết nối đại số Và Ầ2(G) = n mạng G kết nối hoàn toàn 2.3 Đánh giá mức độ quan trọng liên kết Dể đánh giá mức độ quan trọng liên kết dựa vào lý thI jyết vể ma trận Laplace kết nối đại số, dựa /ào phương pháp đánh giặ kịch Ở kịch nghiên cứu 'Hình 2.1), liên kết mạng lưới giả sử bị loại a khỏi hệ thống mạng lưới giao thông (có thể xây dựng, sửa chữa cố) Khi đó, ma trận Laplace kết nối C ại số hệ thống mạng giao thông thay đổi 3 0—0 ló ơị Hị thống ban đẩu (£-o O6 Hệ thống sau Hên kết 56 bị gián đoạn Hình 2.1: Ví dụ vể kịch nghiên cứu Dưa sở đó, thuật tốn để đánh giá mức độ quan trọng liên kết mạng lưới đường sắt thị thể sau: Hình 3.1: Các tuyến đuòng sắt đõ thị theo quy hoạch Hà Nội Tuyến số gồm hai nhánh: Ngọc Hồi - Ga trung tâm Hà Nội - Gia Lâm - Yên Viên Gia Lâm - Dương Xá (Phú Thụy) Theo quy hoạch, tuyến có chiểu dài khoảng 36 km với tổng mức đầu tư44.000 tỷ đồng.Tuyến số (Nội Bài -Thượng Đình - Bưởi) bao gổm đoạn kéo dài đến Sóc Sơn tuyến số 2A (Cát Linh - Hà Đơng) Tuyến có tuyến số 2A dài 13 km hồn thành sau 10 năm khởi cơng khai thác ngày 06/01/2021 Sau thời gian hoạt động, tuyến đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đơng đảm bảo chạy tàu an tồn tuyệt đối, đông đảo người dân ủng hộ đón nhận phương thức vận tải hành khách cơng cộng tiên tiến, đại, lần đầu 191 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 CĨ mặt Việt Nam Tuyến số có lộ trình qua Trơi - Nhổn Ga Hà Nội - Hoàng Mai với chiều dài khoảng 26 km, tuyến số dự kiến phát triển tới Sơn Tây với tổng chiểu dài dự kiến 48 km Để kết nối với tuyến số 1,2,3 5, tuyến số thiết kế theo dạng vòng tròn với chiểu dài khoảng 54 km với lộ trình qua Đơng Anh - Sài Đóng - Vĩnh Tuy/Hoàng Mai -Thanh Xuân - Bắc Từ Liêm - Thượng Cát - Mê Linh Tuyến số (Văn Cao - Ngọc Khánh - Láng - Hòa Lạc) dài khoảng 39 km với tổng mức đầu tư dự kiến khoảng 65.400 tỷ đồng.Tuyến số với chiểu dài khoảng 43 km có lộ trình từ Nội Bài đến khu thị phía Tây Ngọc Hổi.Tuyến kết nối với tuyến số Cổ Nhuê' tuyến số Dương Nội Tuyến số có lộ trình qua Mê Linh - Đô thị Nhổn - Vân Canh - Dương Nội Tuyến kết nối với tuyến số đoạn Đại Mạch Tây Tựu, đồng thời giao với tuyến số đoạn Dương Nội Tuyến số có chiểu dài khoảng 37 km có lộ trình từ Sơn Đồng - Mai Dịch -Vành đai - Lĩnh Nam - Dương Xá.Theo quy hoạch, tuyến có đoạn chạy ngầm đoạn cao 3.2 Đánh giá tính kết nối mạng lưới đường sắt thị Hà Nội Hình 3.2: Kết tính tốn l/AỜ liên kết hệ thống đường sắt đô thị Hà Nội Phần mểm Matlab sử dụng để chạy chương trình Kết tính tốn kết nối đại số mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội 0,0407 Hệ số tốt so với số hệ thống đường sắt đô thị lớn giới (Singapore Metro: 0,02; WashingtonDC Metro: 0,01; Seoul Metro: 0,26; Lyon Metro: 0,048 ) [3] Thuật toán dựa ma trận Laplace kết nối đại sỗ sử dụng để đánh giá mức độ quan trọng liên kết mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội Kết tính tốn VA liên kết sau: Kết tính tốn cho thầy tất liên kết khơng có tuyến đường thay có mức độ quan trọng 100% Nó thể ý nghĩa kết nối đại số: kết nối đại số ln ln mạng hồn tồn tách biệt sau loại bỏ liên kết mô 192 kịch bản.Tiếp đến liên kết vành đai, đặc biệt liên kết nối với sân bay Nội Bài Giá trị trung bình vể mức độ quan trọng tuyến đường sau: Tuyến số 1:21,95%; Tuyến số 2:29,7%; Tuyến số 3:16,97%; Tuyến số 4:10,93%; Tuyến số 5: 0,29%,-Tuyến sổ 6:13,73%;Tuyến số 7:19,59%;Tuyến số 8:0,9% Qua đó, thấy tuyến số có vai trò quan trọng việc đảm bảo liên kết tồn mạng lưới đường sắt thị Tiếp tuyến số 1, tuyến số tuyến số Các tuyến số số có vị trí quan trọng người sửdụng sử dụng tuyến khác để thay Kết đánh giá quan trọng để có phương án ưu tiên đầu tư tuyến trường hợp vốn đầu tư bị hạn chế càn để phục vụ hoạt động khai thác điều hành sau hoàn thành việc xây dựng tất tuyến KẾT LUẬN Việc đánh giá tính kết nối mạng lưới giao thông quan trọng Bài báo phân tích đánh giá tính kết nối mức độ quan trọng liên kết mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội Lý thuyết vế ma trận Laplace kết nối đại số cách tiếp cận phân tích mạng giao thơng sử dụng Kết tính tốn cho thấy mạng lưới đường sắt thị Hà Nội có khả kết nối tốt Kết phân tích kịch cho thấy mức độ quan trọng liên kết tuyến mạng lưới.Trên sở phân tích, nhà quản lý nghiên cứu có thêm thông tin để phục vụ cho công tác triển khai dự án quy hoạch công tác quản lý sau Tuy nhiên, báo dừng lại việc sử dụng cách tiếp cận phân tích mạng giao thông hạn chế liệu thực trạng việc triển khai quy hoạch.Trong tương lai, hướng phân tích dựa vào luồng hành khách nhưáp dụng mơ hình kinh tế lượng cần tiếp tục nghiên cứu để khẳng định cách rõ ràng mức độ kết nối tầm quan trọng liên kết hệ thống đường sắt đô thị Hà Nội Tài liệu tham khảo [1 ] Quyết định số 519/QĐ-TTg Phê duyệt Quy hoạch giao thông vận tải Thủ đô Hà Nội đến nám 2030, tẩm nhìn đến năm 2050, ngày 31/3/2016 [2], Xu, z„ Zhang, Q„ Chen, D., & He, Y (2020), Characterizing the Connectivity of Railway Networks, IEEE Transactions on IntelligentTransportation Systems, 21 (4), 1491-1502 [3], Wang, X., Koẹ, Y„ Derrible, s„ Ahmad, s K„ Pino, w J.A., Kooij, R E (2017), Multi-criteria robustness analysis of metro networks, Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 474,19-31 [4] Fiedler, M (1973), Algebraic Connectivity of Graphs, with Applications, Czechoslovak Mathematical, 23 (November), 298-305 [5] https://vietnammoi.vn/chi-tiet-lo-trinh-9-tuyen-duongsat-do-thi-theo-quy-hoach-o-ha-noi-20210703093511341.htm Ngày nhận bài: 19/5/2022 Ngày chấp nhận đăng: 27/6/2022 Người phản biện: PGS TS Nguyễn Cao Ý TS Nguyễn Thị Vân Hà ... đường sắt đô thị Hà Nội Lý thuyết vế ma trận Laplace kết nối đại số cách tiếp cận phân tích mạng giao thơng sử dụng Kết tính tốn cho thấy mạng lưới đường sắt thị Hà Nội có khả kết nối tốt Kết phân. .. liên kết ij lớn X1OO% (4) cao mức độ quan trọng PHẬN TÍCH TÍNH KẾT NỐI CÙA MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG SẮT ĐỔ THỊ HÀ NỘI 3.1 Tổng quan quy hoạch mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội Mạng lưới đường đô thị khu... giá tính kết nối mạng lưới đường sắt thị Hà Nội Hình 3.2: Kết tính tốn l/AỜ liên kết hệ thống đường sắt đô thị Hà Nội Phần mểm Matlab sử dụng để chạy chương trình Kết tính tốn kết nối đại số mạng