К атегория:

Перевозка крупногабаритных грузов

-

Состояние транспортной сети и характеристики транспортного потока

Проблемы провоза крупногабаритных тяжеловесных грузов потребовали рассмотрения их влияния на общий транспортный поток. Это связано с тем, что в грузовой и пассажирский потоки, особенно при наличии в данном регионе узких или исчерпавших резерв пропускной способности участков транспортной сети, вливается автомобиль-тяжеловоз как возмущающее воздействие на общий ход транспортного процесса.

На участках, исчерпавших пропускную способность, наблюдается повышенная плотность движения, групповое движение преобразуется в колонное с понижением возможностей обгона (маневра) и скоростей, особенно если автомобиль-тяжеловоз становится на дороге «лидером». Такой автомобиль способен создать заторовое состояние на дороге, что приводит к понижению скоростей движения всех участников процесса, к резкому падению производительности подвижного состава и увеличению времени задержки пассажиров в дороге.

На городских дорогах происходит устойчивый рост объемов грузовых перевозок, например в Москве он увеличивается ежегодно на 17…20 %. Это характерно и для большинства крупных городов других стран.

-

По данным Госкомстата на автомобильный транспорт приходится 70 % внутригородских грузовых перевозок. Наиболее загруженной становятся центральная и серединная части городов (в Москве соответственно 31,5 и 45,6 % грузооборота). В грузовых потоках преобладают строительные грузы, имеющие наименьшую устойчивость по направлениям. Дальность перевозки грузов увеличивается. В Москве, например, она составляет 20,6 км.

Численность парка грузовых автомобилей также имеет тенденцию к росту, причем увеличивается доля автомобилей большой грузоподъемности (на перевозке строительных грузов в Москве средняя грузоподъемность автомобиля 7,5…9,0 т).

Качественное состояние транспортного потока на различных участках маршрута определяет возможные режимы и условия движения подвижного состава, что, в конечном счете, и формирует уровень результативных показателей работы автотранспортных средств на маршруте (среднетехническая скорость движения, время ездки, суточная производительность). Поэтому необходимо определять условия, в которых протекает транспортный процесс. Описать их можно при помощи показателей дорожного движения.

Для транспортного потока характерны три состояния:
— свободное движение, определяемое скоростными характеристиками автомобилей, образующих поток;
— групповое, характеризуемое ярко выраженным распадом потока на группы, очереди автомобилей. Такое движение характерно для городских многополосных магистралей при плотностях 10…25 авт./км на одну полосу движения; колонное, выражаемое в следовании автомобилей за лидером, практически без обгонов.

На рис. 1 в точке 1 свободное движение переходит в групповое с созданием очереди, а в точке 2 превращается в сплошную колонну из-за ограничений пропускной способности магистрали. Колонное движение характерно для городских магистралей большой плотности 25…110 авт./км.

Наиболее часто применяются для характеристики движения такие параметры, как интенсивность, состав потока, плотность, скорость движения и задержки.

Интенсивность движения является важнейшей характеристикой транспортного потока. Наиболее резкие колебания интенсивности наблюдаются по времени, а также на подходах к городам и населенным пунктам.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа, что оказывает значительное влияние на параметры дорожного движения (например, скорость), загрузку дорог из-за габаритных размеров автомобилей, причем особенно важен динамический габарит транспортных средств.

Разный состав транспортного потока учитывается коэффициентом приведения. Согласно СНиП П-60-75 автомобили от 30,0 т и выше имеют коэффициент приведения 5. Но как показали исследования, проведенные в МАДИ , увеличение длины и скорости автомобилей требует увеличения коэффициента приведения на 3,5…4,5 %.

Плотность характеризуется числом транспортных средств на км дороги. Она имеет тенденцию к увеличению, особенно в городах.

Рис. 1. Характерные режимы движения транспортных потоков

Более низкие скорости на правой полосе движения зависят не только от наличия более медленно движущихся автомобилей, но и от большей загрузки ее движением (при двухполосной дороге в одном направлении движения на правую ее полосу приходится до 80% интенсивности, при трехполосной - до 50%).

Увеличение доли обычных грузовых автомобилей с 20 до 70% снижает скорость потока на 10 км/ч, а пропускную способность на 11%.

Скорость прямо влияет на производительность транспортного средства. Задержки, связанные с любым снижением скорости относительно разрешенной для данного участка, вплоть до остановки, приводят к потерям времени, а соответственно и к экономическим потерям. Отклонения от желаемых условий движения вызывают также нервозность водителя, что может явиться причиной дорожно-транспортных происшествий.

Пропускная способность дороги характеризует функционирование путей сообщения. В связи с этим возникает проблема организации перевозочного процесса таким образом, чтобы снижение производительности общего транспортного потока при наличии транспортного средства с КТГ было наименьшим, а народнохозяйственные издержки - минимальными.

Состояние большей части дорог нашей страны является довольно большим тормозом для повышения скоростных режимов. Скорость, как известно, является действенным фактором повышения производительности, но и величиной, зависимой от многих обстоятельств. Увеличение скоростей - это сложная проблема, в которую входят организация дорожного движения (законы формирования транспортного потока, интенсивность движения, плотность его) и состояние дорог, их качество и число. Большой процент дорог третьей и низших категорий не дает возможности повышения скоростного режима, особенно при увеличении общей массы автопоездов.

В теории транспортных потоков наметилась группа методов, позволяющих оценить дорогу по ее возможностям поддержания определенного скоростного режима, что, в свою очередь, на стадии формирования транспортной сети для перевозок может служить достаточным основанием для включения или исключения данной дороги или ее участка из модели сети. Особое значение этот факт имеет для специфических перевозок, требующих повышенного скоростного режима (скорая помощь, пожарные автомобили, скоропортящиеся грузы и т. п.), а также при формировании маршрута перевозок крупногабаритных и тяжеловесных грузов, которые могут стать «пробкой» на дороге, что приведет к значительным потерям для остального транспортного потока, в составе которого будут автомобили с грузами народного хозяйства, с пассажирами, перевозки специального назначения.

Рост автомобильного парка и объемов движения значительно опережает развитие улично-дорожной сети. Так, в Москве плотность магистральных улиц, воспринимающих нагрузку, в среднем составляет 1,2…1,3 км/км2 при норме 2,2…2,4 км/км2. В европейской части страны плотность дорог с твердым покрытием составляет 56 м/км2, Тюмени - 0,3 м/км2, Якутии - 0,4 м/км2.

Увеличившаяся интенсивность движения при отставании роста дорожно-транспортной сети приводит к исчерпыванию пропускной способности улиц и уменьшению скоростей движения в часы пик до 5… 10 км/ч. Существующая диспропорция привела и к усложнению условий дорожного движения, особенно в крупных городах, что явилось прямой причиной увеличения дорожно-транспортных происшествий (ДТП ) и увеличения неравномерности движения. Это в свою очередь ведет к увеличению себестоимости перевозок, негативным последствиям: загрязнению воздушного бассейна, увеличению шума и т. д. Анализ ДТП показал увеличение их при 40…60% грузовых автомобилей в смешанном транспортном потоке.

По Москве анализ маршрутов перевозки КТГ показал, что наиболее задействованы для этих перевозок магистральные улицы общей длиной более 1000 км (25% от всей сети города). Проведенные институтом Генплана Москвы обследования состояния дорожно-транспортной сети выявили чрезмерную нагрузку магистралей города и выходов на внегородские дороги. В Москве практически все основные направления имеют участки, работающие по максимуму пропускной способности.

К числу магистралей с увеличившейся загрузкой следует отнести направления:
Ленинградское - от площади Белорусского вокзала до развилки;
Шереметьевское - Ботаническая ул.;
Ярославское -проспект Мира от ул. Докукина до путепровода Северянин;
Щелковское - район Преображенской площади;
Измайловское -от Электрозаводского моста до ул. Уткина; ск ^язанское - Рязанский проспект от Смирновской ул. до Ок-
Волгоградское - от Люблинской ул. до МКАД ;
Пролетарское -Велозаводская ул. от Восточной до Автозаводской ул.:
МКАД - южный участок от Волгоградского проспекта до Профсоюзной ул.

Рис. 2. Состояние участков транспортно-дорожноп сети Москвы

На вышеперечисленных магистралях создаются большие транспортные проблемы в связи с увеличившейся загрузкой.

За последние 15 лет произошло увеличение протяженности сети магистралей, работающих на пределе пропускной способности, примерно в 1,5 раза, а протяженность сети, работающей с незначительным запасом от максимальной степени загрузки, сократилась. За пределами Садового кольца на магистральной транспортной сети отмечены значительные колебания (30…40%) уровня загрузки движением.

Магистральная сеть центральной части Москвы работает примерно в одинаковых условиях. Уровень загрузки радиальных направлений в среднем 0,8…0,9.

Магистральная сеть города составляет 1080 км, из них 135 км (14%) работает по максимальной степени загрузки. К ним относятся следующие направления.

В пределах Садового кольца:
Ярославское - ул. Сретенка, ул. Дзержинского;
Щелковское - ул. Кирова;
Измайловское - ул. Чернышевского, ул. Б. Хмельницкого;
Минское - проспект Калинина от проспекта Маркса до Арбатской площади.

За пределами Садового кольца:
Ленинградское - ул. Горького, Беговая ул., Грузинский вал, ул. Алабяна;
Дмитровское - улицы Каляевская, Новослободская, Палиха, участок Дмитровского шоссе от 3-го Нижнелихоборского проезда до проезда 5267;
Шереметьевское - Шереметьевская ул.;
Волоколамское - Волоколамское шоссе от ул. Свободы до МКАД ;
Ярославское--проспект Мира от Садового кольца до Грохольского пер., от ул. Кибальчича до ул. Касаткина;
Щелковское - Каланчевская ул., ул. Русаковская;
Горьковское - Таганская ул., ул. Нижегородская;
Волгоградское - Волгоградский проспект от пл. Крестьянской заставы до 2-й ул. Машиностроения;
Варшавское - Люсиновская, Б. Тульская, Варшавское шоссе от Автозаводского моста до Нагатинской ул.;
Минское -- Смоленская ул.;
Хорошевское - Баррикадная ул.;
Садовое кольцо -от Зубовской площади до Каляевской ул., Колхозная площадь -от Лермонтовской площади до площади, Таганская площадь, Ленинская площадь;
МКАД-северная часть от Волоколамского шоссе до шоссе Энтузиастов.

Рис. 3. Интенсивность распределения выборочных маршрутов,с,К>Г I транспортной сети Москвы

При анализе состояния движения на магистралях города бы-чо обработано около 400 маршрутов перевозки КТГ массой бо-,iee 30 т, длиной 12…38,7 м и шириной 3,7…5,6 м, что дало возможность установить наиболее часто встречающиеся магистрали, используемые для этих перевозок: Можайское шоссе па участке от Минской ул. до МКАД , Ленинградское шоссе 0т развилки с Волоколамским шоссе до МКАД , Алтуфьевское шоссе от Ботанической ул., Дмитровское шоссе от развилки с Коровинским шоссе до МКАД , Ярославское шоссе от платформы Северянин до МКАД , шоссе Энтузиастов от Окружного проезда до МКАД , Волгоградский проспект от Люблинской ул. до МКАД , Каширское шоссе от Орехово-Борисова до МКАД , Варшавское шоссе, участок МКАД от Варшавского шоссе до Ленинградского.

Значительное число перевозок приходится на улицы: Суслова, Минская, Беговая, Н. Башиловка, Н. Масловка, Сущевский вал, Б. Филевская, Шмитовский проезд, 1905 года, Свободы, Нагорная, Нахимовский проспект, Красикова, Ломоносовский проспект, Люблинская, Профсоюзная, Обручева, проспект Мира.

Многие из этих улиц относятся к улицам, работающим по максимальной пропускной способности.

Фактическая интенсивность часто намного превышает максимальную, что сказывается на скоростях движения. Скорость в городе даже на магистралях не превышает 40 км/ч. Значительное снижение скорости смешанного гютлка происходит при уменьшении числа полос движения в одном направлении. Появление на таких участках тяжеловесных и (или) крупногабаритных автопоездов еще больше снижает скорость транспортного потока, резко ухудшая работу транспорта общего пользования, перевозящего пассажиров, а на одпополосных дорогах полностью перекрывая движение.

Сегодня как альтернативу для повышения скорости транспортного потока применяют перевозку КТГ в ночное время, характеризуемое меньшей интенсивностью движения, однако ряд перевозок КТГ (особо тяжелых или большеразмерных) из-за своей сложности требует достаточной освещенности дороги (маршрута), перевозки КТГ в ночное время за пределами города вообще запрещены. Часть перевозок КТГ в городе проходит как транзитная.

В Москве было введено ограничение на транзитный проезд грузовых автомобилей через центр города, что способствовало снижению интенсивности движения центральной зоны в 1,5 раза.

Перенос грузового движения на ночное время некоторыми специалистами, в частности из Англии, рассматривается не как Удачный из-за увеличения уровня шума.

Различное состояние транспортного потока вызывает также изменения эмоциональной напряженности водителя. Поэтому отдельными авторами, например Сильяновым В. В., рассматриваются четыре наиболее характерных состояния потока автомобилей, которые учитывают «уровень удобства движения» (А, Б, В, Г), т. е. качественное состояние потока автомобилей при котором устанавливаются характерные условия труда водителей, условия комфортабельности поездки и экономичности перевозок, а также определенный уровень аварийности.

Каждый такой уровень зависит от скорости и насыщенности движением.

При уровне А автомобиль движется в свободном состоянии транспортного потока, что дает низкую эмоциональную напряженность водителя с полным удобством его работы. Автомобили не взаимодействуют между собой, водитель выдерживает необходимую ему скорость.

При уровне Б автомобиль движется в групповом состоянии транспортного потока, что связывает частично движение автомобилей, заставляя их совершать маневры (обгоны). Надо отметить, что обгон является наиболее сложным и опасным маневром, совершаемым водителем для достижения необходимой ему скорости.

С ростом числа медленно движущихся автомобилей возрастает число обгонов, причем наибольшее их число отмечается при плотности движения 15…25 авт./км. Эмоциональная напряженность водителя нормальная, но ощущения у него малоудобные. Начинается падение средних скоростей движения.

Уровень Б характеризуется относительно большим числом и высокой тяжестью ДТП .

При уровне В происходит как бы переход движения [пограничное относительно точки состояние в связанное состояние с затрудненным маневрированием и высокой эмоциональной напряженностью водителя. Ощущения водителя неудобные. Водитель переоценивает скорость движения впереди идущего автомобиля, а в остальных случаях и выбранную дистанцию, что приводит к ДТП .

При уровне Г (колонное состояние) образуется плотный сплошной поток с малыми скоростями движения или с остановками вплоть до заторов при низкой или очень низкой эмоциональной напряженности водителя, который чувствует себя очень неудобно. В этих условиях скорости автомобилей близки между собой.

Основной причиной ДТП является несоблюдение водителями безопасной дистанции между автомобилями. Движение происходит с неэкономичными скоростями и резкой неравномерностью движения.

Плотность повышается также на отдельных участках при наличии уклонов, железнодорожных переездов, пересечений в одном уровне, на участках сужения проезжей части и т. д.

В населенных пунктах наблюдается максимальная плотность через 150…200 м после входа в населенный пункт: 110 авт./км при средней длине автомобилей 6 м.

Возможности маневрирования, обгона зависят во многом от характеристик дорожной сети, в частности от ширины проезжей части. Существенным обстоятельством являются также габариты транспортных средств. В большинстве случаев состав потока на улицах города смешанный, за исключением улиц с запретом грузового движения. Однако и на таких улицах может присутствовать более габаритный пассажирский транспорт общего пользования. Периферийная зона города и внегородские магистрали характеризуются повышенной долей грузового движения.

Современные модели исследования транспортных потоков позволяют получать распределение скоростей движения автомобилей различных типов, числа автомобилей на участке и в сечении перегона, интервалов в потоке, длины очередей на перегоне, степени загрузки перегона, числа реализованных и нереализованных обгонов, время ожидания на перекрестке и другие моменты.

Для контроля скорости, интенсивности, состава и числа транспортных средств разработаны различные системы оперативного управления воздействием автотранспортных потоков на городскую среду, которые ограничивают скорости движения автомобилей, координируют работу светофора на пересечении транспортных магистралей, перераспределяют транспортные потоки по улично-дорожной сети города, ограничивают въезд на определенный участок сети определенного типа автомобилей или полностью (временно) закрывают его для движения. Такие системы могут дать достаточно полную информацию для исследования режимов движения тяжеловесного крупногабаритного груза в общем транспортном потоке.

Транспортный, смешанный поток состоит обычно из «медленных», более тяжелых грузовых автомобилей или автомобилей специального назначения и «быстрых» легковых или грузовых автомобилей меньшей грузоподъемности, имеющих соответственно скорость свободного движения и v2 (Vi

В зависимости от ширины проезжей части и организации движения возможны следующие варианты движения. При одной полосе движения в одну сторону (дороги нашей страны в основном двухполосные) «быстрые» и «медленные» автомобили движутся: совместно, при двух и более полосах одну отводят для «медленных», другую - для «быстрых» автомобилей и при этом на каждой полосе сохраняется скорость свободного движения:

Рис. 2. Диаграммы транспортного потока: I-VI - процент «быстрых» автомобилей (100, 90, 60, 40, 10, 0 %). Сплошные кривые - зависимости между скоростью и плотностью, а штрихпунктирные - та же зависимость, но с учетом интенсивности

Плотность на полосе г изменяется в результате изменения плотности потока «быстрых» автомобилей.

Скорость движения транспортных средств связана с плотностью зависимостью, представленной на рис. 2. Эта зависимость учитывает состав транспортного потока.

Диаграмма транспортного потока, т. е. соотношение между скоростью, интенсивностью и плотностью, показывает что при определенном составе потока на определенной длине участка (в нашем случае I=600 м) наличие «медленных» автомобилей может снижать пропускную способность магистрали, что высокое значение скорости достигается чаще при меньших плотностях движения и т. д.

Факторы, влияющие на пропускную способность, достаточно исследованы. Одним из основных является скорость, зависящая от состава потока, ширины проезжей части и др.

Исследователями было зафиксировано прогрессирующее падение скорости у всех автомобилей, движущихся в группе, после снижения скорости автомобиля, движущегося в группе первым при 15…18 автомобилях в группе снижение скорости первого с 55…60 до 30…35 км/ч вызывало остановку последних автомобилей и возникновение затора.

Расчеты проводили по исходной информации для упоминавшейся выше перевозки в г. Подольске. Поскольку перевозился тяжелый груз массой 322 т, то скорость его не должна была превышать 5 км/ч (особо тяжелые грузы возят с низкими скоростями- 0J5…10 км/ч). Максимальная интенсивность движения по данным ГАИ 320 автомобилей в час, ширина дороги 7 м, ширина груза в транспортном положении 6 м.

Скорость «быстрых» автомобилей v2 примем за 30 км/ч, что характерно для условий г. Подольска. Вероятность d свободного движения «быстрых» автомобилей будем изменять от 0,5 до 1Д

Последовательно принимая v2 от 30 км/ч при различных значениях d, рассчитаем соответствующее значение средней скорости и движения «быстрых» автомобилей по вышеуказанной формуле.

Госавтоинспекция принимает меры по упорядочению организации движения__на участке, если снижение скорости на нем происходит на 33 %. Это дает нам возможность принять этот же.

уровень для своих расчетов. Однако считаем, что допустимый предел снижения скорости при перевозке КТГ требует дальнейшего исследования с учетом конкретной перевозки и транспортной обстановки в регионе.

Для расчетов необходимо определить интенсивность движения транспортного потока в приведенных единицах. Коэффициент приведения в данном случае как показали расчеты может быть принят 14.

Зная интенсивность движения и скорость v2 и задавая v2, можно определить долю времени (вероятность) d, в течение которой автомобили могут двигаться свободно со скоростью v2, и число автомобилей, которое пройдет за этот период d.

На любом участке маршрута берем фактическую скорость автомобилей и определяем по рис. 41 до какого значения можем ее снизить (не более 33%), что даст период времени, в течение которого будет происходить это снижение.

Рис. 3. Изменение средней и фактической скоростей движения в общем потоке

Например, и2 = 30 км/ч, должна быть 20 км/ч при d-0,6. Это значит, что около 60% автомобилей проследуют без задержек (т. е. с нормальной скоростью), 40% будут скапливаться в очередь (колонну ожидания), если ширина проезжей части не больше ширины автомобиля с КТГ , так как обгон в этом случае невозможен.

Если происходит падение скорости транспортного потока при совместном движении с КТГ на том же перегоне, то оно, в свою очередь, дает падение производительности подвижного состава этого потока, так как между скоростью и производительностью имеется известная зависимость.

При формировании информации о состоянии дорожного движе­ния в первую очередь необходимы данные, характеризующие транс­портный поток.

Многолетний зарубежный и отечественный опыт научных иссле­дований и практических наблюдений за транспортными потоками по­зволил выделить наиболее объективные показатели. По мере совершен­ствования методов и аппаратуры для исследования транспортных по­токов номенклатура показателей, используемых в организации дорож­ного движения, продолжает развиваться. Наиболее часто применяемы­ми являются: интенсивность транспортного потока, его состав по ти­пам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, за­держки движения. Охарактеризуем эти и другие показатели транспорт­ного потока.

Интенсивность транспортного потока (интенсивность движения) N a – это число транспортных средств, проезжающих через сечение до­роги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени (минуты, секунды) в зави­симости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.

На УДС можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузо- и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. На рис. 2.1 показан пример картограммы, характеризующей интенсивность транспортных потоков (в автомобилях в час) на магистральных улицах города.

Неравномерность транспортных потоков во времени (в течение года, месяца, суток и даже часа) имеет важнейшее значение в проблеме орга­низации движения (рис. 2.2, 2.3). Типичная кривая распределения ин­тенсивности движения в течение суток на городской магистрали пока­зана на рис. 2.2. Примерно такая же картина наблюдается и на автомо­бильных дорогах. Кривые на рис. 2.2 позволяют выделить так называе­мые "часы пик", в которые возникают наиболее сложные задачи орга­низации и регулирования движения.

Термин "час пик" является условным и объясняется лишь тем, что час является основной единицей измерения времени. Продолжительность наибольшей интенсивности движения может быть больше или меньше часа. Поэтому наиболее точным будет понятие пико­вый период, под которым подразумевают время, в течение которо­го интенсивность, измеренная по малым отрезкам времени (напри­мер, по 15-минутным наблюдениям), превышает среднюю интен­сивность периода наиболее оживленного движения. Периодом наи­более оживленного движения на большинстве городских и внего­родских дорог обычно является 16-часовой отрезок времени в те­чение суток (примерно с 6 до 22 ч). В условиях перенасыщения УДС транспортным потоком на ряде ма­гистралей Москвы и других крупных городов в течение практически всего активного периода суток наблюдается "пиковая" интенсив­ность (линия 3 на рис. 2.2), сопровождающаяся заторовыми явлениями.

Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномернос­ти К н. Этот коэффициент может быть вычислен для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящейся на дан­ный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивно­сти к средней за одинаковые промежутки времени.

Коэффициент годовой неравномерности

,

где 12 – число месяцев в году; N ам – интенсивность движения за срав­ниваемый месяц, авт/мес; N aг – суммарная интенсивность движения за год, авт/г.

Коэффициент суточной неравномерности

,

где 24 – число часов в сутках; N ач – интенсивность движения за сравнивае­мый час, авт/ч; N ас – суммарная интенсивность движения за сутки, авт/сут.

Необходимо отметить, что в публикациях по дорожному движению применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности дви­жения. Под объемом движения понимают фактическое число автомо­билей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период.

Для характеристики пространственной неравномерности транс­портного или пешеходного потока могут быть также определены соот­ветствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог аналогично временной неравномерности.

Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часо­выми значениями. При этом наиболее важен этот показатель в пико­вые периоды. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в "часы пик" в различные дни недели может иметь неодина­ковые значения.

На дорогах с более высоким уровнем интенсивности движения транспортных средств меньше неравномерность движения и стабиль­нее интенсивность в пиковые периоды.

Для двухполосных дорог с встречным движением общую интенсив­ность характеризуют обычно суммарным значением встречных пото­ков, так как условия движения и, в частности, возможность обгонов определяются загрузкой обеих полос. Если же дорога имеет раздели­тельную полосу и встречные потоки изолированы друг от друга, то сум­марная интенсивность встречных направлений не определяет условия движения, а характеризует лишь суммарную работу дороги как соору­жения. Для таких дорог интенсивность движения в каждом направле­нии имеет самостоятельное значение.

Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирова­ния движения в городских условиях, важна не только суммарная ин­тенсивность потока по данному направлению, но также интенсивность, приходящаяся на одну полосу, или так называемая удельная интенсив­ность движения М а. Если известно конкретное распределение интен­сивности движения по полосам и оно существенно неравномерно, то в качестве расчетной интенсивности М а можно принять интенсивность движения по наиболее загруженной полосе.

Временной интервал t i между следующими друг за другом по одной полосе транспортными средствами является показателем, обратным ин­тенсивности движения. Математическое ожидание E(t i) определяется зависимостью E(t i) = 3600/M а. Если интервал t i между следующими друг за другом по полосе автомобилями более 10 с, то их взаимное влияние является относительно слабым и условия движения характеризуются как "свободные". Более детально стохастический процесс распределе­ния автомобилей в транспортном потоке и временных интервалов между ними рассмотрен в подразделе 2.4.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Этот показатель оказывает зна­чительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает об­щий состав парка автомобилей в данном регионе. Так, на дорогах США и многих западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80 – 90% общей численности парка. По мере роста автомо­билизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке нашей страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Во многих случаях эта доля достигает уже 70 – 90%.

Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог (стеснен­ность движения), что объясняется прежде всего существенной разни­цей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомо­билей 4 – 5 м, грузовых 6 – 8 м, то длина автобусов достигает 11 м, а ав­топоездов 24 м. Сочлененный автобус (троллейбус) имеет длину 16,5 м. Однако разница в габаритных размерах не является единственной при­чиной необходимости специального учета состава потока при анализе интенсивности движения.

При движении в транспортном потоке важна разница не только в статическом, но и в динамическом габарите автомобиля , который зави­сит в основном от времени реакции водителя и тормозных качеств транспортных средств. Под динамическим габаритом L д (рис. 2.4) под­разумевается участок дороги, минимально необходимый для безопас­ного движения в транспортном потоке с заданной скоростью автомо­биля, длина которого включает длину автомобиля l а и дистанцию d , называемую дистанцией безопасности .

Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчет­ному определению L д, предлагаемых различными авторами (см. под­раздел 2.4).

Таблица 2.1

Тормозные качества автомобилей различных типов в эксплуатации существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения (табл. 2.1), установленными ГОСТ 25478–91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы проверки».

В табл. 2.2 приведена полная классификация автотранспортных средств, установленная КВТ ЕЭК ООН.

Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, маневренности автомобиля, кото­рые влияют на дистанцию, избираемую водителем. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При колонном дви­жении легковых автомобилей каждый водитель, благодаря большой поверхности остекления, а также небольшим габаритам впереди иду­щих автомобилей, может достаточно хорошо видеть и прогнозировать обстановку впереди нескольких автомобилей. В то же время, если пе­ред легковым автомобилем движется грузовой автомобиль или автобус, то водитель легкового автомобиля лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди, и его действия по управлению ста­новятся менее уверенными. В этом случае из-за невозможности доста­точного прогнозирования обстановки впереди резко возрастает опас­ность при обгоне, а также в случае экстренной остановки автомобилей, движущихся в плотной колонне.

При обследованиях транспортных потоков большой интенсивнос­ти определенную трудность представляет задача точного определения грузоподъемности каждого грузового автомобиля. Поэтому можно при­бегнуть к упрощенному методу учета этой категории транспортных средств и принять для всех грузовых автомобилей грузоподъемностью 2 – 8 т обобщенный коэффициент 2.

При описании характеристик транспортного потока, как в пись­менной форме, так и в виде графиков, следует обратить внимание на необходимость указывать соответствующую размерность в физических единицах (авт/ч) или в приведенных (ед/ч).

Таблица 2.2

Для решения практических задач ОДД могут быть использованы ре­комендации по выбору значений К пр, содержащиеся в отечественных нормативных документах:

С помощью коэффициентов приведения можно получить показатель интенсивности движения в условных приведенных единицах, ед/ч

,

где N i – интенсивность движения автомобилей данного типа; K npi – соответ­ствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; n – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений.

Исследования показывают, что используемые коэффициенты при­ведения являются приближенными и для современных моделей авто­мобилей завышенными. Опыт исследований K пр показывает, что при более детальном подходе к роли коэффициента приведения его значе­ния необходимо дифференцировать также в зависимости от уровня ско­ростного режима и профиля дороги.

Плотность транспортного потока q a является пространственной ха­рактеристикой, определяющей степень стесненности движения на по­лосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящих­ся на 1 км протяженности дороги. Предельная плотность достигается при неподвижном состоянии колонны автомобилей, расположенных вплотную друг к другу на полосе. Для потока современных легковых автомобилей теоретически такое предельное значение q max составляет около 200 авт/км. Практические исследования на кафедре организа­ции и безопасности движения МАДИ показали, что этот показатель колеблется в пределах 170-185 авт/км. Это объясняется тем, что води­тели не подъезжают при заторе вплотную к переднему автомобилю. Естественно, что при предельной плотности движение невозможно даже при централизованном автоматическом управлении автомобилями, так как отсутствует дистанция безопасности. Плотность q max вместе с тем имеет значение как показатель, характеризующий структуру (состав) транспортного потока. Наблюдения показывают, что при колонном движении легковых автомобилей с малой скоростью плотность потока может достигать 100 авт/км. При использовании показателя плотности потока необходимо учитывать коэффициент приведения для различных типов транспортных средств, так как в противном случае сравне­ние q a для различных по составу потоков может привести к несопоста­вимым результатам. Так, если принять, что на дороге движется колон­на автобусов с плотностью 100 авт/км (возможной для легковых авто­мобилей), то фактическая длина такой колонны вместо 1 км практи­чески составит 2,0–2,5 км. Если же учесть рекомендуемое значение К пр для автобусов, равное 2,5, то максимальная плотность движения ко­лонны автобусов в физических единицах может составить 40 автобусов на 1 км, что является реальным.

Чем меньше плотность потока, тем свободнее себя чувствуют води­тели, тем выше скорость, которую они выбирают. Наоборот, по мере повышения q а , т. е. стесненности движения, от водителей требуется по­вышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышает­ся их психическая напряженность. Соответственно увеличивается ве­роятность ДТП вследствие ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа автомобиля.

В зависимости от плотности потока движение по степени стеснен­ности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, ко­лонное .

Численные значения q а в физических единицах (автомобилях), со­ответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэф­фициента сцепления φ, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями ско­рость.

Скорость движения v a является важнейшим показателем, так как представляет целевую функцию дорожного движения. Наиболее объек­тивной характеристикой процесса движения транспортного средства по дороге может служить график изменения его скорости на протяже­нии всего маршрута движения. Однако получение таких пространствен­ных характеристик для множества движущихся автомобилей является сложным, так как требует непрерывной автоматической записи скоро­сти на каждом из них. В практике организации движения принято оце­нивать скорость движения транспортных средств мгновенными ее зна­чениями v a , зафиксированными в отдельных типичных сечениях (точ­ках) дороги.

Скорость сообщения v c является измерителем быстроты доставки пассажиров и грузов и определяется как отношение расстояния между пунктами сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для ха­рактеристики скорости движения автомобилей по отдельным участкам дорог.

Темп движения является показателем, обратным скорости сообще­ния, и измеряется временем в секундах, затрачиваемым на преодоле­ние единицы длины пути в километрах. Этот измеритель весьма удобен для расчетов времени доставки пассажиров и грузов на различные рас­стояния. Мгновенная скорость транспортного средства и соответствен­но скорость сообщения зависят от многих факторов и подвержены зна­чительным колебаниям.

Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяго­вых возможностей определяет водитель, являющийся управляющим звеном в системе ВАДС. Водитель постоянно стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости исходя из двух главных крите­риев – минимально возможной затраты времени и обеспечения безо­пасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем ока­зывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения, условия его организации. Так, исследования, проведен­ные в одинаковых дорожных условиях на одном типе автомобилей, по­казали, что средняя скорость движения автомобиля у разных водите­лей высокой квалификации может колебаться в пределах ± 10 % от сред­него значения. У малоопытных водителей эта разница больше.

Рассмотрим влияние параметров транспортных средств и дороги на скорость движения. Верхний предел скорости автомобиля определяет­ся его максимальной конструктивной скоростью v max , которая зависит, главным образом, от удельной мощности двигателя. Максимальная ско­рость v max , км/ч, современных автомобилей колеблется в широких пре­делах в зависимости от их типа и примерно составляет:

Легковые автомобили большого и среднего классов........ 200

То же малого класса 160

Грузовые автомобили средней грузоподъемности............ 100

То же большой грузоподъемности и автопоезда.............. 90

Опыт показывает, что водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью лишь в исключительных случаях и кратковременно, так как это сопряжено с чрезмерно напряженным режимом работы агрегатов автомобиля; кроме того, имеющиеся на дороге даже незначительные подъемы требуют для поддержания стабильной скорости запаса мощ­ности. Поэтому даже при благоприятных дорожных условиях водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью длительного движения или крейсерской скоростью . Крейсерская скорость для большинства авто­мобилей составляет (0,75÷0,85) v max .

Однако реальные дорожные условия вносят существенные поправ­ки в фактический диапазон наблюдаемых скоростей движения. Укло­ны, криволинейные участки и неровности покрытия дороги вызывают снижение скорости как из-за ограниченности динамических свойств автомобилей, так и, главным образом, в связи с необходимостью обес­печения их устойчивости на дороге. Эти объективные факторы особенно сказываются на скорости наиболее быстроходных автомобилей. Как показывают наблюдения, фактический диапазон мгновенных скорос­тей свободного движения автомобилей на горизонтальных участках некоторых магистральных улиц и дорог нашей страны составляет 50 – 120 км/ч, несмотря на установленные Правилами ограничения. Эти цифры не относятся к дорогам, не имеющим надлежащего покрытия или с разрушенным покрытием, где скорость может понизиться до 10 – 15 км/ч.

Существенное влияние на скорость движения оказывают те элемен­ты дорожных условий, которые связаны с особенностями психофизио­логического восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики дорожного движения.

Важнейшими факторами, оказывающими влияние на режимы дви­жения через восприятие водителя, являются расстояние (дальность) ви­димости S В на дороге и ширина полосы В д, т. е. "коридора", выделен­ного для движения автомобилей в один ряд. Под расстоянием видимо­сти понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстоя­ние S B определяет возможность для водителя заблаговременно оцени­вать условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S B над значением остановочного пути S o данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S B > S o .

При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает ско­рость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δv по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие:

Ширина полосы движения, предназначенная для движения авто­мобилей в один ряд и выделенная обычно продольной разметкой, оп­ределяет требования к траектории движения автомобиля. Чем меньше ширина полосы, тем более жесткие требования предъявляются к води­телю и тем больше его психическое напряжение при обеспечении точ­ного положения автомобиля на дороге. При малой ширине полосы, а также при встречном разъезде на узкой дороге водитель под воздействи­ем зрительного восприятия снижает скорость.

На основании исследований на дорогах профессором Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги,

где b а – ширина автомобиля, м; 0,3 – дополнительный зазор, м.

По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля по­казатель В д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движе­ния со скоростью v a водитель должен располагать примерно таким сво­бодным "коридором" движения. В этой зависимости можно еще раз проследить связи компонентов комплекса ВАДС в дорожном движе­нии. В формуле (2.1) В д представляет собой элемент дороги (Д), b а – характеристику автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и ходовые свойства автомо­биля (подсистему ВА).

Согласно приведенной зависимости, скорость, с которой водитель средней квалификации длительно и уверенно может вести автомобиль, ориентировочно составляет: при управлении легковым автомобилем и ширине полосы 3 м около 65 км/ч, а при ширине полосы 3,5 м около 90 км/ч; при управлении автомобилем с габаритной шириной 2,5 м и ширине полосы 3,5 м около 50 км/ч.

Однако это не исключает того, что некоторые водители не могут достаточно точно и своевременно оценить изменение расстояния ви­димости или ширины полосы движения и правильно выбрать скорость. Поэтому в условиях ограниченной видимости и малой ширины поло­сы движения более часто происходят ДТП.

На основе исследований НИиПИ Генплана г. Москвы были разра­ботаны рекомендации желательных значений ширины полосы движе­ния на прямолинейных участках городских дорог (табл. 2.3)

На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влия­ние также и другие причины и особенно существенные – метеороло­гические условия, а в темное время суток – освещение дороги. Таким образом, скорость свободного движения является случайной величи­ной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близ­ким к нему (рис. 2.5).

Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными качествами, а также и ха­рактеристикой водителей.

Таблица 2.3

Влияние рассмотренных факторов на скорость движения проявля­ется в условиях свободного движения транспортных средств, т. е. когда интенсивность и плотность движения относительно невелики и не ощу­щается взаимное стеснение движения. При повышении плотности транспортного потока возникает стеснение движения, и скорость па­дает. Влияние интенсивности движения транспортного потока на ско­рость автомобилей исследовалось многими зарубежными и отечествен­ными учеными. Выведены различные корреляционные уравнения этой зависимости, которые имеют общий вид:

где v ac – скорость свободного движения автомобиля на данном участке доро­ги, км/ч; k – корреляционный коэффициент снижения скорости движения в зависимости от интенсивности транспортного потока.

Более подробно взаимосвязь основных параметров движения рас­сматривается в подразделе 2.3.

Задержки движения являются показателем, на который должно быть обращено особое внимание при оценке состояния дорожного движения. К задержкам следует относить потери времени на все вы­нужденные остановки транспортных средств не только перед пере­крестками, железнодорожными переездами, при заторах на перего­нах, но также из-за снижения скорости транспортного потока по сравнению со сложившейся средней скоростью свободного движе­ния на данном участке дороги.

где v ф и v p – соответственно фактическая и принятая расчетная (или опти­мальная) скорости, м/с; dl – элементарный отрезок дороги, м.

В качестве расчетной скорости для городской магистрали можно принять разрешенный Правилами дорожного движения Российской Федерации предел скорости (например, 60 км/ч). Исходными для оп­ределения задержки могут быть приняты нормативная скорость сооб­щения или нормативный темп движения для данного типа дороги, если таковые будут установлены. Так, если на дороге v p = 60 км/ч, что соот­ветствует темпу движения без задержек 60 с/км, а установленная опытной проверкой v ф = 30 км/ч (темп движения – 120 с/км), то поте­ри времени каждым автомобилем в потоке – 60 с/км. Если длина l рас­сматриваемого участка магистрали равна, например, 5 км, условная задержка каждого автомобиля составит 5 мин.

Общие потери времени для транспортного потока

где t Δ – средняя суммарная задержка одного автомобиля, с; Т – продолжи­тельность наблюдения, ч.

Задержки транспортных средств на отдельных узлах или участках УДС могут быть также оценены коэффициентом задержки К 3 , характеризую­щим степень увеличения фактического времени нахождения в пути t ф по сравнению с расчетным t р. Коэффициент задержки K 3 = t ф / t p . Задержки движения в реальных условиях можно разделить на две основные груп­пы: на перегонах дорог и на пересечениях. Задержки на перегонах могут быть вызваны маневрирующими или медленно движущимися транспор­тными средствами, пешеходным движением, помехами от стоящих ав­томобилей, в том числе при погрузочно-разгрузочных операциях, а так­же заторами, связанными с перенасыщением дороги транспортными средствами.

Задержки на пересечениях обусловлены необходимостью пропуска транспортных средств и пешеходов по пересекающим направлениям на нерегулируемых перекрестках, простоями при запрещающих сигна­лах светофоров.

Следуя из разных мест отправления в разные места назначе­ния автомобили образуют на дороге транспортные потоки, дви­жущиеся навстречу друг другу. В каждом транспортном потоке между автомобилями устанавливаются интервалы, размер кото­рых зависит от скорости движения и индивидуальных особен­ностей водителей, выдерживающих от идущего впереди автомо­биля такое расстояние, которое им кажется безопасным. Изме­нение дорожных условий, отражающихся па скорости, вызывает соответствующее изменение расстояний между автомобилями (уплотнение или растягивание транспортного потока). Различие г, условиях движения, которые кажутся разным водителям опти­мальными, приводит к возникновению в каждом транспортном потоке внутренних помех. Происходят обгоны медленных авто­мобилей более быстрыми. Обгоны связаны с выездом обгоняющих автомобилей на смежные полосы встречного движения, что соз­дает помехи для встречных автомобилей.

Описание закономерностей движения автомобилей по дорогам в последние десятилетия является предметом быстро развиваю­щейся теории транспортных потоков - науки, анализирующей режимы движения транспортных средств в различных дорожных условиях с учетом их динамических качеств состава потока и психофизиологических особенностей водителей.

Условия движения по дороге существенно изменяются с уве­личением интенсивности, приходящейся на полосу движения. В зависимости от насыщенности дорог автомобилями различают несколько характерных режимов транспортных потоков.

Свободный поток (рис. 6.1, а).Одиночные автомобили едут но дороге на таком расстоянии друг за другом, что они практи­чески не оказывают взаимного влияния на условия движения. Проезд по дороге неутомителен для водителей, каждый из которых может избрать оптимальную для себя скорость. Из этого случая исходят при обосновании требований к отдельным элементам дорог.

Частично связанный поток (рис. 6.1, б). Движение происходит в виде временно создающихся групп из нескольких автомобилей, отличающихся по динамическим качествам и следующих какое-то время на близком расстоянии друг за другом. Обычно это вызывается тем. Что передний автомобиль, едущий с меньшей скоростью, задерживает задние. Водители их вынуждены ехать медленнее, чем хотелось бы, ожидая удобного момента для совершения обгона с выездом на соседнюю полосу, после чего получают возможность продолжать дви­жение с режимом одиночного автомобиля. Если движение на одинаковом расстоянии, близком друг от друга, с одинаковыми скоростями предписано группе водителей, едущих в одно место, то это случай организованного колонного движения.

Связанный поток (рис. 6.1, в). Все автомобили оказывают взаимное влияние. Сразу после обгона скорость обогнавшего автомобиля начинает вновь определяться движением едущего перед ним автомобиля. Движение происходит в виде больших групп автомобилей. Обгон осуществляется с тем большей труд­ностью, чем выше интенсивность движения.

Плотный, или насыщенный, поток (рис. 6.1, г). Автомобили следуют друг за другом, обгоны становятся практически невоз­можными. В местах резкого ухудшения дорожных условий воз­можны заторы.

По мере усложнения условий движения при росте интенсив­ности средние скорости транспортного потока снижаются (рис. 6.2), подчиняясь для дорог с двумя полосами движения при смешанном составе транспортного потока эмпирической зависимости, доста­точно точно аппроксимирующей экспериментальные кривые

V ср = V о - , (6.1)

где Vо - скорость одиночного автомобиля при отсутствии помех, зависящая от дорожных условий, км/ч;

Коэффициент снижения скорости, который зависит от состава движения; N - суммарная интенсивность движения в обоих направлениях, авт/ч.

По данным д-ра техн. наук В. В. Сильянова, для дорожных условий СНГ = 0,016 при 20 % легковых автомобилей в со­ставе транспортного потока, 0,012 при 50 % и 0,008 при 80 % легковых автомобилей. Для полностью однородного потока лег­ковых автомобилей можно полагать = 0,005.

Поскольку условия движения автомобилей для каждого из рассмотренных режимов различны, они описываются различными закономерностями теории транспортных потоков.

6.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ
АВТОМОБИЛЕЙ

Движение по дороге потока автомобилей представляет собой своеобразный неустановившийся процесс, в котором взаимное расположение и скорости автомобилей все время меняются. Поэтому режим движения потока может быть охарактеризован только средними статистическими показателями.

Измерения на каком-либо участке дороги скоростей движения последовательно проходящих автомобилей показывают, что они меняются в сравнительно широком интервале, но для основной массы автомобилей располагаются вблизи некоторого среднего значения. Чем плотнее транспортный поток, тем меньше в нем различия в скоростях отдельных автомобилей. При интенсивности, соответствующей частично связанному транспортному потоку, кривые распределения числа автомобилей по скорости имеют колоколообразное очертание, характерное для нормальной кривой распределения (рис.6.3,а).

При свободном потоке дви­жения кривые распределения скоростей для потока в целом являются суммой кривых для отдельных составляющих его групп, отличающихся по дина­мическим качествам, и могут иметь несколько вершин (рис. 6.4),

Скорости и режимы движе­ния транспортных потоков ха­рактеризуют также кумулятив­ными кривыми, показыва­ющими, какая доля автомобилей из общего количества дви­жется со скоростями, меньшими заданной (см. рис. 6.3, б). Ниж­няя часть кривой примерно до 15 % - ной обеспеченности пока­зывает, с какой скоростью дви­жутся наиболее медленные авто­мобили, вызывающие основную потребность в обгонах. Обеспе­ченность 50 % выражает сред­нюю скорость потока. Ее при­нимают за основную характеристику режима движения транспортного потока. Изгиб верхней части кривой Г при­мерно от 80 - 90 % - ной обе­спеченности выделяет наиболее быструю группу автомобилей, в число которых входят и автомобили, водители которых на­рушают требования безопас­ности движения. Поэтому за наибольшую скорость движе­ния автомобилей, для которой должна быть обеспечена безо­пасность, принимают обычно скорость 85 % - ной обеспечен­ности. Из нее исходят при разработке мер по организа­ции движения.

Для проектирования пересе­чений и примыканий дорог, а также разработки мероприятий по организации движения имеет значение интервал во времени между проходами следующих друг за другом автомобилей. При высоких интенсивностях (до 650 авт/ч по одной полосе) распределение интервалов близ­ко к распределению Пирсона III типа, при малых (до 200 авт/ч) - к распределению Пуассона (рис. 6.5).

Важной характеристикой яв­ляется также плотность транс­портного потока - количество автомобилей, приходящееся при данной средней скорости на единицу длины однородного по транспортным качествам участка дороги обычно протяже­нием 1 км:

р = 1/S = N/V, где

S - длина участка на дороге, приходящаяся па один авто­мобиль, км; N- интенсивность движения, авт/ч; V- скорость движения, км/ч.

График зависимости между плотностью транспортного потока и его интенсивностью (рис. 6.6) имеет явно выраженный макси­мум, соответствующий наибольшему количеству автомобилей, которое может пропустить дорога на данном участке при наибо­лее выгодной скорости движения.

Характерно, что одной интенсивности движения, кроме точки максимума, соответствуют два значения плотности транспортного потока. В одном случае поток состоит из быстрых автомобилей с большими дистанциями между ними, в другом - из более мед­ленных автомобилей, следующих на меньших расстояниях друг от друга.

Сложность процессов, протекающих в движущемся потоке автомобилей, и влияние на скорость каждого из них большого числа факторов не позволяют описать режимы движения потока точными математическими зависимостями. Поэтому высказанные в разное время гипотезы теории движения транспортных потоков исходят из рассмотрения упрощенных, часто умозрительных и не подтвержденных наблюдениями схем (моделей). Их можно разделить на две основные группы:

- теории, основанные на динамических моделях потока автомо­билей . Они исследуют расстояния при различных скоростях между автомобилями, движущимися друг за другом без обгона по одной полосе проезжей части, и распространяют установлен­ные закономерности на весь транспортный поток. Эта схема лучше всего соответствует высоким интенсивностям движения, когда обгоны практически невозможны или сопряжены с весьма большим риском;

- теории, основанные на вероятностных моделях . Они анали­зируют движение двух встречных потоков автомобилей в целом, учитывая возможность обгонов с заездом на полосу встречного движения при наличии во встречном потоке достаточного интер­вала между автомобилями.

Из динамических моделей при обосновании требований к до­рогам пока еще наибольшее распространение имеет «упрощенная динамическая модель», которая предполагает, что движение всех автомобилей происходит с равными скоростями и на одинаковом расстоянии друг от друга, зависящем от длины тормозного пути.

Несколько более совершенна динамическая теория «следова­ния за лидером». Она предполагает, что в пределах транспортного потока расстояния между автомобилями не являются постоянными и все время меняются. В каждой паре автомобилей задний дви­жется с ускорением, пропорциональным разности скоростей переднего и заднего автомобилей:

где V п и V з - скорости переднего и заднего автомобилей;

t p - время реакции водителя.

Так как задний автомобиль, в свою очередь, является перед­ним для следующего за ним, его ускорение или притормажива­ние отражается на следующем автомобиле и в транспортном потоке все время возникают своеобразные волны сгущения и разуплотнения.

Возможность проведения аналогии между движением транс­портного потока и течением по руслу вязкой жидкости привела к появлению «гидродинамической модели», позволяющей иссле­довать скорость сжатия и растягивания транспортных потоков при возникновении и последующем удалении препятствия на пути потока автомобилей, движущегося с постоянной скоростью.

Для расчетов, связанных с организацией движения, наиболее широкое распространение, очевидно, получат вероятностные мо­дели, учитывающие возможность обгона, поскольку они точнее учитывают реальные условия движения по дороге. Однако раз­работаны они пока еще в меньшей степени, чем динамические теории. Вероятностные модели рассматривают характеристики режима каждого автомобиля в потоке - скорость, выдерживае­мый интервал и выходы на обгон как случайные события, возникновение каждого из которых в малой степени связано с предшествующими. Для оценки этих характеристик весьма перспек­тивно использование теории массового обслуживания.

Основной областью применения вероятностных моделей яв­ляются задачи, в которых решаются вопросы взаимодействия по­токов автомобилей средней интенсивности, движущихся по различ­ным полосам, например по пересечениям в одном уровне, участкам слияния и переплетения, в условиях, когда еще возможны об­гоны.

Транспортный поток состоит из отдельных автомобилей, обладающих различными динамическими характеристиками и управляемых разными по квалификации водителями, т. е. он не является однородным .

В условиях малоинтенсивного движения, когда по дороге движутся отдельные транспортные средства с большими интервалами, водителя в выборе режима движения ограничивают Правила движения, состояние автомобиля и дороги. В плотном транспортном потоке водитель не свободен в выборе скорости движения, он не всегда может сделать обгон и его поведение в значительной степени определяется общим ритмом движения на дороге. Следовательно, интенсивный транспортный поток нивелирует различия в характеристике отдельных водителей и машин.

Наблюдения показали, что движение плотного транспортного потока по улице или дороге напоминает движение воды в канале . Если быстро преградить путь потоку воды в канале, то он мгновенно остановится и по поверхности пробежит обратная волна.

Эффект обратной волны применительно к транспортному потоку выражается в резком снижении скорости вдоль колонны и сокращении интервалов между автомобилями .

Хорошо известно, что канал определенного сечения может пропустить вполне определенное количество воды в единицу времени. Если мы хотим пропустить через канал большее количество воды, то должны увеличить его сечение. Нечто подобное происходит и с транспортным потоком, движущимся по своему каналу — улице или дороге. Проезжая часть определенной ширины может пропустить вполне определенное количество автомобилей, и если мы хотим увеличить ее пропускную способность, то должны расширить дорогу.

Эта аналогия дала специалистам основание применить для изучения закономерностей транспортных потоков законы движения жидкости. Такая модель, правда, с определенными ограничениями позволяет проводить важные исследования и решать ряд практических вопросов по регулированию движения.

Транспортный поток можно характеризовать тремя основными параметрами : интенсивностью N, средней скоростью V и плотностью D . Эти параметры связаны основным уравнением транспортного потока: N = DV .

Графически это уравнение представляет собой основную диаграмму транспортного потока, общий вид которой показан на рис. 1.

Рис. 1. Основная диаграмма транспортного потока

Пользуясь уравнением и диаграммой, можно определять характеристики транспортного потока. Так, средняя скорость выражается через тангенс угла наклона прямой, соединяющей начало координат с точкой, координаты которой характеризуют определенную интенсивность и плотность (N/D).

Максимально возможная при данных условиях интенсивность движения, как это следует из диаграммы, достигается при определенной плотности транспортного потока (точка A на диаграмме) и называется пропускной способностью полосы движения или дороги в целом. Характерно, что при плотности потока, большей, чем в точке A, интенсивность движения снижается. Объясняется это тем, что при большой плотности движения, часто возникают заторы, снижается скорость и это приводит к уменьшению количества автомобилей, проходящих в единицу времени через какое-либо сечение или участок дороги.

Из основной диаграммы и уравнения транспортного потока следует очень важный для регулирования движения вывод: в тех случаях, когда возникает потребность пропустить по дороге максимально возможное количество автомобилей, необходимо установить с помощью знаков определенный режим скорости, который обеспечивает наибольшую интенсивность .

Как показывают наблюдения, при благоприятных условиях движения обычная двухполосная дорога с шириной проезжей части 7 — 7,5 м может пропустить не более 2000 автомобилей в час. Максимальная интенсивность достигается при скорости примерно 50-60 км/ч. (Лобанов Е.М., Сильянов В.В. и др. Пропускная способность автомобильных дорог).

Одной из характеристик движения является свобода обгонов в транспортном потоке . Потребность в обгонах появляется вследствие разнородности состава потока — легковые автомобили и быстроходные грузовые для поддержания желаемой скорости стремятся обогнать медленно движущиеся транспортные средства. С увеличением интенсивности движения потребность в обгонах растет, а возможности для их реализации уменьшаются , поскольку во встречном потоке становится все меньше и меньше интервалов, которые обеспечивают безопасные условия маневра. Наблюдения показывают, что обгон протекает свободно, когда во встречном потоке интервал между автомобилями имеет такую величину, которая может быть преодолена за 20 с и более. Если этот интервал оказывается менее 7 с, то обгон становится практически невозможным.

Конечно, отдельные опытные водители, управляя легковым автомобилем с хорошими динамическими качествами, могут совершить обгон и при меньших интервалах, но это сопряжено с большим риском.

В табл. 1. приведены данные, характеризующие возможности совершения обгонов на обычной дороге шириной 7 — 7,5 м при различной интенсивности движения. Как показывают расчеты, при интенсивности движения 100 авт/ч в транспортном потоке 70% всех интервалов больше 20 с , и поэтому обгоны могут происходить сравнительно свободно . При интенсивности 900 авт/ч таких интервалов остается только 4%, и это намного усложняет условия обгона . Наблюдения, проводившиеся Московским автомобильно-дорожным институтом, показывают, что обгоны уже практически не совершаются, когда суммарная интенсивность движения на дороге в обоих направлениях достигает 1500- 1800 авт/ч. Происходит это из-за уменьшения в транспортном потоке безопасных для обгона интервалов.

Таблица 1.

Распределение количества интервалов различной длительности в транспортном потоке при различной интенсивности движения

Интенсивность движения на дороге, авт/ч	Количество интервалов, %
	До 10 с	От 10 с до 20 с	Больше 20 с
	8	22	70
		44
	34	49
	44	48
900	53	43

Транспортный поток

Движение транспортных средств (ТС) по УДС определяется поведением, как одного, так и коллектива водителей. Отдельный водитель, пытаясь достичь собственного оптимального решения, вступает в конфликт с другими, которые взаимодействуют с ним посредством обгонов, перестроения, смены полосы движения и т.д. Такая модель рассматривается в рамках микроскопического подхода. Маневры каждого автомобиля могут быть расценены как вероятностные события.

Однако, в случаях, когда много автомобилей движется в группе, ТП может быть рассмотрен как детерминированный и непрерывный. Применение микроскопических моделей (как и любое увеличение степени детализации описания) влечет за собой увеличение точности описания и числа параметров. Таким образом, с одной стороны, при увеличении степени детализации описания объекта растёт точность модели, а с другой - рост параметров ведёт к уменьшению её точности. При решении многомерных оптимизационных задач управления возрастают ресурсные затраты (время и память), затрудняющие получение приемлемого решения.

Основные характеристики и диаграмма транспортного потока

Различают следующие важные характеристики транспортного потока:

Интенсивность транспортного потока, ;

Плотность транспортного потока, ;

Средняя скорость потока, .

Эти параметры связаны следующим основным уравнением:

Различают два вида средней скорости транспортного потока: среднюю пространственную скорость и среднюю временную скорость, которые связаны следующим соотношением, выведенным для случая движения по дороге без пересечений:

где - дисперсия средней пространственной скорости;

Средняя пространственная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, находящихся на заданном участке дороги в определенный момент времени;

Средняя временная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, проходящих через заданное сечение дороги за определенный промежуток времени.

Графическое отображение уравнения (1.1), в котором в качестве значения скорости используется, представляет собой основную диаграмму транспортного потока. Диаграмма построена в виде зависимостей v s =f(I) и I=f(k) для непрерывного ТП, движущегося по дороге без пересечений.

Выделено три основных режима движения: свободный поток, групповое движение и насыщенный поток.

Свободный поток характеризуется малыми интенсивностями движения, отсутствием взаимных помех движению между отдельными автомобилями. Скорость ТП характеризуется скоростью свободного движения. При небольшой плотности зависимость между скоростью и плотностью ослабляется. С повышением интенсивности движения до максимального значения I с , соответствующего пропускной способности дороги, скорость изменяется до величины, определяемой точкой C на основной диаграмме. В зоне В-С (рис. 1.1. а) появляются существенные взаимные помехи движению автомобилей, в результате чего уменьшается возможность свободного обгона, и образуются группы автомобилей, движущиеся с приблизительно одинаковой скоростью. Режим движения в этой зоне является неустойчивым, поскольку небольшое увеличение групп в потоке может привести не только к уменьшению скорости, но и к переходу в область С-D , т.е. к снижению интенсивности движения. Поток в области D-Е принято называть насыщенным.

Характерной чертой насыщенного коллективного потока является сильный разброс величины ускорений (замедлений) относительно среднего значения.

Рисунок 1.1 - Основная диаграмма транспортного потока: а) зависимость vs =f(I); б) зависимость I=f(k)

Критическая плотность потока k c - это значение, до которого с увеличением плотности k возрастает интенсивность I . При изменении плотности потока от k c до k J - плотности потока в условиях затора - интенсивность уменьшается от максимального значения пропускной способности I c до нуля. Скорость кинематической волны при заторовой плотности определяется функциональной формой зависимости между скоростью и плотностью. В области критической плотности может существовать точка разрыва функции, что приводит к скачкообразному изменению скорости движения. Тангенс угла наклона вектора, проведенного из начала координат к точке, лежащей на кривой, соответствует физическому значению скорости v s в данной точке (рис. 1.1 б).

Классификация фаз движения ТП основана на различных фазах состояния вещества: газообразное, жидкое, твердое.

Свободный поток. Транспортная сеть не загружена, и водители придерживаются желаемой скорости, свободно меняя полосу движения. На этой стадии ТС сопоставимы с потоком свободных частиц.

Синхронизированный поток. Транспортная сеть становится переполненной, водители теряют возможность свободного манёвра и вынуждены согласовывать свою скорость со скоростью потока. Эта стадия подобна потоку воды.

Широкие перемещающиеся заторы. Транспортные средства и их группы подобны кусочкам льда, движущимся в потоке жидкости.

Старт-стопное движение. При большом скоплении транспортных средств, движение ТП приобретает прерывистый характер. На этой стадии транспортный поток можно уподобить потоку замерзающей воды: транспортные средства становятся на какой-то промежуток времени как бы «примёрзшими» к данной точке улично-дорожной сети.

← Вернуться