Makroskopski model za potrebe razvoja kontejnerskega terminala

Povzetek
Luka Koper načrtuje do leta 2035 povečanje kontejnerskega terminala na 1,75 mio TEU. Za to je potrebna izvedba večjega števila investicij, ki posegajo na območje obstoječih transportnih poti znotraj pristanišča. Zaradi spremembe organizacije vodenja prometa, povečanja prometnih obremenitev in izvedbe novih cestnih povezav znotraj luke, je bila naročena prometna študija. Predmet prometne študije je preveritev izvedljivosti predlaganih ureditev in prometne zasnove z dimenzioniranjem križišč ob upoštevanju nivojskih križanj z industrijskimi železniškimi tiri in predlogi alternativnih rešitev.
V sklopu prometne študije je bil izdelan inovativni makroskopski prometni model potovanj znotraj Luke Koper, ki odstopa od klasičnih prometnih modelov, ker temelji na izvoru in ponoru blaga oziroma blagovnih skupin in ne oseb, kot je to pravilo v običajnih makroskopskih prometnih modelih. Analizirana je bila obstoječa interna cestna infrastruktura in prometno-ekonomski kazalniki načrtovanih optimizacij. Prometni tokovi v makroskopskem modelu so modelirani za celodnevno obdobje, za potrebe mikrosimulacijske preveritve so modelirane tudi merodajne konične obremenitve. 
V prispevku bo podrobneje predstavljena inovativna metodologija izdelave prometnega modela, ki teme-lji na blagu in blagovnih skupinah za potrebe generacije in atrakcije cestnih prometnih tokov znotraj luke.

1. Uvod
Investitor in naročnik prometne študije – Luka Koper načrtuje razvoj kontejnerskega terminala do 1,75 mio TEU. Za dosego tega cilja je potrebna izvedba večjega števila investicij, s katerimi se posega na območje ob-stoječih transportnih poti znotraj pristanišč, zaradi česar je potrebna drugačna organizacija vodenja prome-ta. Predmet prometne študije je preveritev izvedljivosti predlagane prometne zasnove z dimenzioniranjem križišč in cest ob upoštevanju nivojskih križanj z železniškimi tiri in predlogi alternativnih rešitev (Slika 1). 
Predlagana prometna zasnova upošteva tri ločene vstope v pristanišče (koprski, bertoški in serminski). Temu je potrebno prilagoditi delovne procese, interne transportne poti in delovišča znotraj pristanišča na način, da se minimizira potreba po premikih strojev in vozil znotraj pristanišča (predvsem preko območja kontejnerskega terminala). Bertoški vhod v pristanišče se predvidi izključno zunanjim vozilom, ki so namenjena na Kontejnerski terminal, serminski in koprski pa se namenita ostalim terminalom.
Preveriti je potrebno ali morda obstajajo drugačne rešitve za v prvi fazi nivojski prehod glavne vpadnice preko tirov in kontejnerskega terminala. V končni fazi je potrebno poiskati optimalno in trajnejšo (prostorsko in finančno) varianto za glavno vpadnico v zaledju prvega pomola in za prometno povezavo prvega in drugega pomola do luškega letnega pretovora 2 MIO TEU in 1,5 MIO avtomobilov.
V prometni študiji je potrebno zajeti naslednje vrste prometa:
- zunanji tovorni promet, ki v območje pristanišča vstopa / izstopa preko treh vhodov in kroži po pristanišču (tudi tovor izrednih dimenzij, s transportnimi potmi in namenskim vhodom/izhodom);
- interni tovorni promet (transport ladja – skladišče, dostava CNT, mobilna dvigala, večji delovni stroji);
- železniški promet (križanja, zamude zaradi čakanja prehoda);
- javni promet – avtobus;
- osebni promet.

Slika 1: Pregledna situacija predvidenih posegov za namen širitve zmogljivosti kontejnerskega terminala

Predlagane rešitve v sklopu prometne študije morajo biti racionalne, predvsem pa se morajo izkazati kot bistveno učinkovitejše v prometno ekonomskem smislu. V ta namen je potrebno analizirati prometno eko-nomske kazalce za obstoječo in predvideno ureditev v planskem letu 2035.
Povečanje površin kontejnerskega terminala proti vzhodu zajema naložbe, ki omogočajo podaljšanje skla-diščnih blokov in manipulacijskih površin preko Škocjanskega zatoka. Na območju med Bertoškim vhodom in predvidenim krožiščem na prestavljeni luški vpadnici, se na skrajnem severnem delu območja južno od tirov predvidi vhodno/izhodno točko za potrebe kontejnerskega terminala. Predlagane so štiri lokacije, ki pa jih je potrebno preveriti s stališča pretočnosti prometa(Slika 1).

2. Štetje prometnih tokov

Za potrebe prometne študije je bilo od torka 13. junija do četrtka 15. junija 2023 izvedeno namensko šte-tje prometa z metodo videodetekcije. Lokacije štetja prometa so prikazane na spodnji sliki.

Slika 2: Lokacije štetja prometa na širšem obravnavanem območju

Štetje je bilo izvedeno na 12 lokacijah v Luki Koper in 5 lokacijah izven Luke Koper. Štetje se je izvajalo loče-no po smereh in strukturi prometa. Struktura prometnih tokov znotraj Luke Koper je razdeljena na 14 ka-tegorij vozil prikazanih v Preglednici 1.
Zaradi štetja vozil z metodo videodetekcije je prišlo do težave pri identifikaciji Kategorije 1 (Registrirana zu-nanja osebna vozila) in Kategorije 2 (Neregistrirana interna osebna vozila), saj je vizualno razlika med obe-ma kategorijama zelo majhna. Zato sta v nadaljnjih analizah obe kategoriji obravnavani skupaj. Struktura prometnih tokov izven Luke Koper je razdeljena na osebna vozila in tovorna vozila.
Na vseh obravnavanih lokacijah je bil evidentiran tudi železniški promet s številom vlakov in zamudami za-radi čakanja vozil na prehodih.

Preglednica 1: Kategorije vozil

3. Izhodišča prometnega modela
V sklopu prometne študije je izdelan makroskopski prometni model obstoječega in načrtovanega prometnega omrežja. Izhodiščno stanje predstavlja leto 2023, v končnem stanju je analizirano plansko leto 2035. Prometni tokovi v makroskopskem modelu so modelirani za celodnevno obdobje. V prometni študiji je uporabljen programsko orodje PTV VISUM, načrtovane rešitve so ovrednotene na podlagi karakterističnih prometnih in ekonomskih kazalcev.
Napoved prometnih tokov ob koncu planskega leta 2035 je izdelana na podlagi preteklega trenda rasti prometa in poslovnega načrta Luke Koper s visoko stopnjo korelacije (R2=0,9737).

3.1. Prometno omrežje in prometne cone
Za potrebe prometnega modela je naročnik posredoval shemo prometnega omrežja znotraj območja Luke Koper. Omrežje zajema tako cestni kot tudi železniški promet, vsebuje 1.973 prometnih povezav v skupni dolžini 184,9 km. Glavni atributi prometnih povezav so dolžina, dopustna hitrost, kapaciteta in dovoljene kategorije vozil. Po kategoriji se prometne povezave v modelu delijo na (Slika 3):

Slika 3: Analizirano omrežje in coning v prometnem modelu v Luki Koper

Obravnavano študijsko območje smo razdelili na zaključene prostorske enote, ki predstavljajo prometne cone. Prometna cona predstavlja najmanjšo enoto generacije prometa. Cone smo določili na podlagi podatkov naročnika o glavnih terminalih in njihovi prostorski razdelitvi – podenotah terminala (slika 4). V prometni model je tako vključenih 80 prometnih con, od tega 10 zunanjih in 70 notranjih con (slika 3). Vsaka prometna cona je na omrežje navezana z vsaj tremi konektorji.

Slika 4: Glavni terminali v Luki Koper

3.2.   Izvorno ciljne matrike potovanj
Skladno s projektno nalogo je v prometni študiji upoštevanih skupno 14 kategorij cestnega prometa in kategorija železniškega prometa. Zaradi težave pri identifikaciji Kategorije 1 in Kategorije 2 (saj je vizualno raz-lika med registriranimi zunanjimi osebnimi vozili in internimi osebnimi vozili LK zelo majhna) sta obe kategoriji obravnavani skupaj. V nadaljevanju je prikazana tabela prometnih obremenitev celotnega omrežja v obdobju 24 ur izhodiščnega leta 2023 (izvorno ciljnih matrik), ločeno po kategorijah vozil:

Preglednica 2: Prometne obremenitve celotnega omrežja po kategorijah vozil v letu 2023 (obdobje 24h)

4    Kalibracija in validacija

Kalibracija matrik potovanj je v sklopu programskega orodja PTV VISUM izdelana s pomočjo funkcije »Least squares«. Uspešnost kalibracije modela se dokaže z validacijo, ki predstavlja primerjavo modeliranih in števnih obremenitev. Validacija prometnega modela je izdelana na skupno 129 odsekih (smereh). Uspešnost kalibracije smo na nivoju celodnevnih obremenitev preverjali ločeno po vseh kategorijah modeliranih vozil. Primerjava modeliranih in števnih obremenitev temelji na naslednjih metodah validacije prometnih modelov:

-      absolutna razlika (razlika med števno in modelirano vrednostjo);
-      relativna razlika (delež absolutne razlike glede na števno vrednost);
-      izračun statistične vrednosti GEH (oblika x2 testa, ki vključuje absolutne in relativne napake); izračunamo ga po formuli: GEH=√(2*(M-Š)2/M+Š) pri čemer je M modelirana vrednost in Š števni podatek; kriterij GEH je merodajen le za urne prometne obremenitve;
-      korelacijska analiza (označuje odvisnost oz. povezanost števne in modelirane vrednosti).

Mednarodna merila za validacijo prometnih modelov določajo, da je prometni model ustrezen, če je faktor GEH na več kot 85% omrežja manjši od 5. Validacija prometnega modela pokaže ujemanje števnih in modeliranih vrednosti po kriteriju GEH. To pomeni, da je prometni model izdelan z ustrezno natančnostjo! Faktor korelacije pokaže, kako se količina prometa prilagaja resničnemu stanju, ki ga predstavlja štetje. Faktor korelacije 1 pomeni popolno ujemanje števnih in modeliranih obremenitev. V širših območjih so sprejemljivi faktorji v razponu 0,90 do 1,00. Izračunani faktorji korelacije so prikazani v spodnji tabeli. Kriterij faktorja korelacije pokaže, da je prometni model izdelan z ustrezno natančnostjo (Preglednica 3 in Slika 5).

Slika 5: Ujemanje števnih in modeliranih vrednosti po nekaterih kategorijah vozil

5  Napoved prometnih tokov
Skladno s projektno nalogo se prometna študija izdeluje za plansko obdobje do leta 2035. Napoved rasti prometa je definirana na podlagi preteklega trenda rasti prometa in poslovnega načrta Luke Koper. S strani naročnika so bili posredovani podatki o številu pretovorjenih tovornih vozil in ostalega pretovora v obdobju 2008 – 2022. Posredovani podatki so statistično obdelani, v nadaljevanju so prikazani v grafični obliki.

Slika 6: Število pretovorjenih tovornih vozil in kontejnerjev (TEU) v obdobju 2008 – 2022 in trend rasti do leta 2035

Na podlagi podatkov za obdobje od leta 2008 do leta 2022 je bil izračunan trend rasti pretovorjenih tovornih vozil z visoko korelacijo (R²=0,9737), podobno kot pri pretovorjenih kontejnerjih (TEU), kjer je faktor korelacije R²=0,9436. Korelacijska analiza pokaže, da je od vseh kategorij pretovora faktor korelacije R2 večji od 0,9 kar pomeni sprejemljivo stopnjo korelacije za napoved bodočega trenda.

6 Rezultati prometnega modela

Prometni model sestavljata statični del (transport network) in dinamični del (demand model). Statični model prometnega omrežja je v fazi obremenjevanja obremenjen s skupno 13 izvorno – ciljnimi matrikami cestnega in eno matriko železniškega prometa. 
Prometni model cestnega omrežja je obremenjen z izvorno-ciljnimi matrikami v letu 2023 in 2035. Porazdelitev prometa je izvedena po ravnotežni metodi (equilibrium assignment). Ravnotežna metoda temelji na »Wardropovem principu«. Ta predpostavlja, da uporabniki prometnega omrežja (vozniki, potniki) težijo k najkrajšim potovanjem oz. potovanjem z najmanjšo upornostjo. Upornost določene poti se izračunava na podlagi prevožene razdalje in porabljenega časa med izvorom in ciljem potovanja. Računa se na podlagi »volumedelay« funkcij. Ko uporabniki na omrežju ne najdejo več krajših poti oz. poti z manjšo upornostjo, je kriterij ravnovesnega stanja dosežen in postopek iteracije končan.
V izhodiščnem letu 2023 je v obdobju 24 ur celotno modelirano omrežje na območju Luke Koper obremenjeno s skupno 21.998 vozili. Od tega največji delež prometa, kar 27% predstavljajo registrirana (zunanja) in interna osebna vozila, s 17% sledijo kombiji. Naslednji številčnejši segment vozil predstavljajo vozila za prevoz kontejnerjev, katera skupno predstavljajo 23%. Od teh vozil predstavljajo zunanji tovornjaki za prevoz kontejnerjev 13% in notranji tovornjaki za prevoz kontejnerjev 10%. S 5% deleža sledijo tovornjaki za prevoz avtomobilov in s 4% deležem tovornjaki s cerado ter železniški vagoni. Ostale kategorije vozil predstavljajo skupno 10% celotnega prometa.
Ključni parameter za primerjavo in vrednotenje prometnega omrežja je prometno delo, ki meri učinkovitost ukrepov na omrežju. V to kategorijo spadata predvsem skupno prevoženi čas vozil [vozila*ure] in skupno prevožena razdalja vozil [vozila*kilometri] na omrežju (Slika 7). V našem primeru je prometno delo ovrednoteno ločeno po kategorijah vozil. V prometno študiji so upoštevane glavne transportne poti, stranske transportne poti in dostopne poti na območju znotraj Luke Koper.
Poleg obstoječega stanja v letu 2023 so bili analizirani še 3 scenariji razvoja prometnega omrežja v planskem letu 2035, končna faza in 4 variante vhodno-izhodne točke za zunanje tovornjake. Z večkriterijskim vrednotenjem je bil izbran najboljši scenarij in predlagana najboljša rešitev.

Slika 7: Skupno prevoženi čas vozil na omrežju vozila*ure (levo) in skupna prevožena razdalja vozil na omrežju vozila*km (desno)

V vsakem scenariju so bile preverjene prometne obremenitve in stopnja zasičenosti prometnega omrežja, kar je razvidno iz naslednjih slik.

Slika 8: Prometne obremenitve in stopnja zasičenja prometnega omrežja

7 Zaključek

Na primeru Luke Koper se lahko jasno vidi smiselnost uporabe makroskopskega modela, ki lahko služi ne samo za modeliranje tokov potnikov, kot je to že običajno, ampak tudi za modeliranje tokov tovora. Modeli omogočajo testiranje različnih scenarijev. Testiranje različnih scenarijev in variant v makroskopskih modelih omogoča lahek in objektiven izbor najboljšega. Modeli omogočajo optimizacijo stroškov in časa.
Testiranje različnih scenarijev v makroskopskih modelih omogoča lahek in objektiven izbor najboljšega, za-to z uporabo transportnih modelov prometne študije postanejo podrobnejše, natančnejše in bolj relevantne, kar prispeva k učinkovitejšemu načrtovanju in upravljanju prometne infrastrukture.
Rezultati prometnega modeliranja predstavljajo pomembno strokovno podlago za načrtovanje in razvoj prometne infrastrukture. Z njihovo pomočjo je mogoče oceniti prihodnje prometne obremenitve, prepoznati potencialna ozka grla ter preveriti učinkovitost predlaganih ukrepov še pred njihovo izvedbo. Uporaba modeliranja tako omogoča sprejemanje bolj utemeljenih odločitev, zmanjšuje tveganje neustreznih investicij in prispeva k dolgoročno trajnostnemu ter učinkovitemu razvoju prometnega sistema. Zato so rezultati modeliranja nujen element ustreznega in strokovno podprtega načrtovanja prometne infrastrukture.

8   Viri in literatura
Projektna naloga za »Prometno študijo za naložbe po EUN za Razvoj kontejnerskega terminala do 1,75 MIO TEU«, Marec 2023, Koper, Luka Koper.
Prometni režim Luke Koper, marec 2005, Koper, Luka Koper.
Pristaniški red, 17.03.2020, Koper, Luka Koper.
https://www.luka-kp.si/en/investors/annual-reports
https://www.luka-kp.si/aktualno/statistika-pretovora/ (pridobljeno 01.08.2023).
Število pretovorjenih tovornih vozil v obdobju 2008 – 2022, Koper, Luka Koper.
Število vhodov po posameznih tovornih vhodih in mesecih v obdobju 2021 – 2022, Koper, Luka Koper.
Delež posameznega tovornega vhoda po mesecih 2021 – 2022, Koper, Luka Koper.
Delež tovornih vhodov po profitnih centrih za leto 2022, Koper, Luka Koper.
Delež vhodov tovornih vozil po terminalih po organizacijski enoti za leto 2022, Koper, Luka Koper.
Delež vhodov in izhodov tovornih vozil po PC-jih za leto 2022, Koper, Luka Koper.
Skupno število prihodov tovornih vozil po terminalih in po urah v dnevu za leto 2022, Koper, Luka Koper.
Povprečen čas zadrževanja v pristanišču skupaj po PC, Koper, Luka Koper.
Časi zadrževanja tovornih vozil v pristanišču po OE za leto 2022, Koper, Luka Koper.
Podatki o železniškem prometu – skupine tirov za KŽ 13/1 in KŽ 13/3 ter čas posamezne zapore, Koper, Luka Koper.

Pripravili:
mag. Goran Jovanović, univ. dipl. inž. grad.
Uroš Pust, univ. dipl. inž. grad.
mag. Aleksandar Jevđenić, univ. dipl. inž. prom.
Jure Dolenc, univ. dipl. inž. grad.