CC BY
0TRANSPORT
ФОРМУВАННЯ ПРИНЦИШВ ОРГАН13АЦП ДОРОЖНЬОГО РУХУ В СИСТЕМ1 „ПЕРЕГ1Н"
Полщук Володимир Петрович,
Доктор техмчних наук, професор, Кафедра транспорта системи та безпека дорожнього руху, Нац^ональний транспортний утверситет, м. Кигв, Украгна, ORCIDЮ: http://orcid.org/0000-0003-3145-7225
Нагребельна Людмила Павлiвна,
Астрант кафедри транспортм системи та безпека дорожнього руху Державне тдприемство «Державний дорожнт науково-досл1дний тститут ¡м. М.П. Шульг1на» (ДП«ДерждорНД1»), Начальник Центру безпеки дорожнього руху. м. Кигв, Украгна, ORCIDЮ: http://orcid.org/0000-0002-5615-9075
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30082021/7652
ABSTRACT
The development of road transport, both economically and socially, is of great importance for humanity. But along with the tremendous benefits and unlimited potential of road transport, there are many problems, particularly with its operation in human settlements, particularly in cities. These problems are related to the oversaturation of the road network of cities with road transport, which leads to a decrease in speed, congestion, increased travel time. Ensuring the required capacity of the site is the main indicator of creating conditions for the efficient functioning of the transport system of cities. Each section has its own planning features that allow the car to move at an acceptable speed and at the same time not create any situations that could lead to the formation of congestion.
It is known that the lower the speed, the greater the time spent. Speed is one of the most important indicators of traffic flow. Any reduction in the speed of traffic flows compared to the permitted leads to economic losses. And if we consider the reduction of speed, taking into account the stop in motion (delay), it leads to much greater economic losses. In order to improve traffic management on the main street and road network of the city, it is necessary to develop a simulation model of traffic flow. Modern simulation is used mainly to study situations and systems that can be described as queuing systems.
Based on the theory of queuing, where the movement of road transport is a random process, which is characterized by different probabilistic characteristics, the system "Overtaking" is considered. The flow of road transport is a flow of requirements, and the cross section of the road is a service apparatus. In this case, the entire road or a separate section can be shown as a set of infinitesimal segments or a set of cross sections of the road. As a result of this assumption, it follows that the entire road is a service apparatus for the traffic flow moving on it.
It is proved that the system of flow entry to the race - flow of the flow on the race - exit of the flow from the race ("Overflow") is an integral object of traffic control on the highway and the main road network of cities. With the help of this system, the movement of vehicles during the formation of "bottlenecks" was analyzed and the efficiency of its work was proved.
The obtained results will help to determine the behavior of the traffic flow when changing the geometric parameters of the road and when changing the characteristics of the traffic flow.
However, it should be noted that one of the important aspects of the task of improving traffic management is its consideration from the standpoint of providing flexibility to take into account the state of flows and their possible changes in the road network, and only then, given this, it is necessary focus on the feasibility of implementing certain measures related to improving traffic management. The most effective measures are those that can maintain their effectiveness at different levels of road congestion.
Citation: Polishchuk V., Nahrebelna L. (2021) Formation of Road Traffic Management Principles in the System "Perehin". World Science. 8(69). doi: 10.31435/rsglobal_ws/30082021/7652
ARTICLE INFO
Received: 04 June 2021 Accepted: 22 July 2021 Published: 30 August 2021
KEYWORDS
modeling methods, queuing theory, street and road network, traffic flow, traffic jam, system "flow input to the run - the movement of the flow on the race - the output of the flow from the race ("Distillation").
Copyright: © 2021 Polishchuk V., Nahrebelna L. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
1. Вступ. Затримки транспорту можуть носити системний чи локальний характер. Системний характер безпосередньо пов'язаний i3 розплануванням мюта. Локальний характер затримок пов'язаний i3 пропускною спроможшстю транспортних вузлiв та шших елеменпв вулично-дорожньо! мережi i засобiв оргашзацн дорожнього руху.
Транспорты затримки i довжина черги утворюються на вулично-дорожнш мережi через рiзнi перешкоди, яю спричиняють вимушенi змiни швидкост руху i збiльшують часовi витрати. Зниження швидкост руху i виникнення черги оч^вання призводить до появи затримки транспорту.
Заторовi стани, часто виникають, довго тривають та займають значний проснр, як правило е наслiдком загально! нерозвиненостi вулично-дорожньо! мережi мiст в цшому. Боротьба з ним потребуе комплексних мiр, що повиннi застосовуватися не лише в мюцях виникнення заторiв, а й на дорожнш мережi району, магiстралi або населеного пункту [1-3].
Затор, сконцентрований в межах мало! зони, робить вплив на iншi транспортш потоки i у випадку, якщо iнтенсивнiсть руху перевищуе пропускну спроможнiсть, затор поширюеться бiльш ширше. Щоб уникнути подiбно!' ситуацi!' необхiдно розосереджувати затори з метою зменшення впливу на iншi транспортнi потоки.
Транспортнi потоки характеризуются: iнтенсивнiстю, складом, швидкiстю, iнтервалами мiж автомобiлями, щiльнiстю потоку. Внаслiдок взаемоди автомобiлiв в потоцi всi щ характеристики функцiонально зв'язанi один з одним.
Моделювання - один iз найбiльш розповсюджених методiв дослiдження процешв функцiонування складних систем. G досить велика кшьюсть методiв побудови математичних моделей i засобiв реалiзацi! моделюючих алгоритмiв [4].
У теорп i практицi моделювання систем важливе мiсце посiдають моделi систем масового обслуговування (СМО). Таю системи зустрiчаються нам щоденно. Це процеси обслуговування в черзi на заправнiй станцл, у магазинi, бiблiотецi, кафе, також рiзнi служби ремонту i медично! допомоги, транспортнi системи, аеропорти, вокзали тощо. Черги виникають i за потреби скористатись телефонним зв'язком або передати повщомлення по 1нтернету. Бшьше того, будь-яке виробництво також можна подати як послiдовнiсть таких систем. Особливого значення СМО набули в шформатищ. Це системи, мереж передавання iнформацi!, бази i банки даних.
1снуе розвинутий математичний апарат теорп масового обслуговування (науковцi захiдних кра!н цю теорiею називають теорiею черг), що дае змогу аналiзувати ефективнють функцiонування СМО певних типiв i визначати залежнiсть мiж характеристиками потоку вимог, кшьюстю каналiв (пристро!в для обслуговування), !х продуктивнiстю, правилами роботи СМО та !! ефективнiстю.
Основи теорп масового обслуговування (ТМО) були закладеш в працях датського математика, сшвпращвника Копенгагенсько! телефонно! компанi! А.К. Ерланга (формулювання принципу статистично! рiвноваги) i отримали подальшого розвитку в роботах багатьох втизняних та зарубiжних вчених, таких як Т. Енгсет, Г.О. Делл, Е. Молш, О. Колмогоров, А. Х^ин, К. Пальм, Г. Башарш, А. Маркевич, Б. Лiвшиц, Ю.М. Корнишев та ш. Системи масового обслуговування розглядалися у рiзних ситуацiях i за !х допомогою розв'язувалися багато задач з рiзних напрямкiв [5-11].
Для дослщження умов руху змiшаного та складного транспортного потоку на мапстральнш вулично-дорожнш мережi мiста необхiдно i достатньо розглянути систему «вхщ потоку на перегш - рух потоку на перегош - вихiд потоку з перегону» («Перегш»).
2. Методика проведення дослщжень.
Система «вхщ потоку на перегш - рух потоку на перегош - вихщ потоку з перегону» («Перегш»)
Оргашзащя дорожнього руху вносить вщповщш особливост взаемодi! елеменпв системи «Перегiн». Це пов'язане зi ступенем формування потокiв на смугах про!зно! частини
перегону за рахунок кшькосн смуг руху. Склад транспортного потоку е рiзним вщ легкових автомобiлiв до вантажних, великогабаритних i великовантажних автомобiлiв. Для фiзичноl реатзаци таких схем оргашзацп дорожнього руху можливо використовувати технiчнi засоби оргашзацп дорожнього руху як постшно! ди, так i зi змшною iнформацiею про характер руху на елементах системи «Перепн».
Узагальнюючи взаемодда елементiв ще! системи 11 можна представити рисунком 1.
Рис. 1. Цтсний об'ект управлтня рухом на автомобыьшй дороз1: система «Перег1н».
3. Результат дослщжень.
Елемент «вхiд потоку на перегт»:
- на перегош смуги руху не роздшеш суцшьною лшею, що означае, що транспорты засоби рiзних типiв рухаються у суцшьному потоцi, взаемодiють мiж собою, використовуючи всi смуги руху про1зно1 частини магiстралi.
Елемент «вхiд потоку на перепн» е найбшьш складним як з фiзичноl точки зору, так i з погляду математичного опису даного процесу. Розглянемо його докладшше. Основною функцiею, яку виконуе даний елемент, е забезпечення вливання транспортного потоку, що сформувався на пiдходi до перегону, або другорядного транспортного потоку в основний понк, що рухаеться зовшшньою смугою про1зно1 частини перегону головно! дороги, а попм, в разi потреби, перемщуетъся на iншi смуги. Вливання другорядного потоку в основнш вiдбуваеться в зош аа-вв (рис. 2). При цьому слщ сказати, що вливання другорядного потоку в основнш можливо лише у тих випадках, коли в основному потощ е достатня кшьюсть iнтервалiв мiж автомобiлями, що дозволяють безпечне здiйснення маневру вливання. 1накше другорядний потiк утворюватиме чергу автомобшв, якi чекатимуть появу такого штервалу. Таким чином, елемент «вхщ потоку на перегiн» представляеться найбшьш складним у всш данiй системi «Перегiн».
Рис. 2. Bxid потоку на перегт
Елемент «вхщ потоку на перегш» е самостшною системою масового обслуговування. Покажемо це на прикладi (рисунок 2). Оскшьки будь-яка система масового обслуговування характеризуеться наявнiстю потоку вимог або апаратом обслуговування, то необидно чiтко охарактеризувати дану систему [12].
У данш системi «вхiд потоку на перегш» апаратом обслуговування е зона аа - вв, а точшше поперечний перерiз крайньо! смуги головно! дороги, в якому здшснюеться вливання другорядного потоку в основний. При такш постановщ питання апарат обслуговування на головнш дорозi проводитиме обслуговування вщразу двох потокiв вимог (автомобiлiв). Перший потш вимог е транспортний потш на основнiй дорозi И крайньо! смуги i другий -транспортний потш, що входить на основну дорогу.
Фiзичний вхiд автомобiлiв до перегону вщбуваеться за допомогою трьох смуг руху (рисунок 3).
> -► -► -►
> -► -► -►
> /-► /-►
-► /X
<- ->
Рис. 3. Вхгд на перегон за допомогою трьох смуг руху
Дана модель показуе рух транспортних засобiв у випадку, коли буде заборонено рух по однш смузi руху. Потш транспорту потрiбно буде зганяти iз закрито!' смуги руху. Для того, щоб не утворився затор по^бно знати вiдстань з яко! потрiбно починати зганяти транспорт iз закрито! смуги.
- формування входу потоку на перегш при умовi коли заборонено рух по двох смугах руху (рисунок 4).
> -► -► -►
к->
Рис. 4. Bxid на перегт за допомогою двох смуг руху
Автомобш взаемоддать мiж собою, використовуючи обидвi смуги руху. Надходження Bcix типiв транспортних 3ara6iB до перегону вiдбуваеться по чотирьох смугах. Але для того, щоб транспорт перемiстився i3 двох закритих смуг на двi шш^ необхiдно ввести дiлянку для перемщення транспорту з крайнiх смуг на середню (¿пер), яка починаеться шсля дiлянки стабшзацп потоку (¿с.);
- формування входу потоку на перегш при умовi коли заборонено рух по трьох смугах руху (рисунок 5).
X X
-► X X > / X
^пер К ^ пер
Е
Рис. 5. Bxid на перегт за допомогою одтег смуги руху
Дана модель показуе рух транспортних засобiв у випадку, коли заборонено рух по трьох смугах руху. Транспортний потш потрiбно перерозподшяти, перемщувати транспорт iз трьох смуг в одну. Рух у такому випадку буде найбшьш утрудненим.
Елемент „Рух потоку на перегот":
При розгщщ ж руху потоку автомобшв, що знаходяться на перегот автомагiстралi слщ прийти до висновку, що дуже велика кiлькiсть чинниюв зумовлюе формування транспортного потоку на смугах руху з тими або iншими параметрами. До цих чинниюв необхiдно вiднести, у першу чергу довжину перегону, поздовжнiй похил, ширину прогзно! частини та iншi геометричш елементи, а також величину штенсивносп, склад транспортного потоку. Крiм того, на формування потоку автомобшв на перегот як потоку вимог, робить вплив не тшьки потш автомобшв, що надшшов до перегону, але i автомобiлi, що до нього рашше надiйшли з попереднього перегону, а також т маневри, яю вiдбуваються при рiзних випадках входу потоку на перегш.
У зв'язку з такою постановкою питання передбачаеться можливим описати транспортний потш на перегош, як стащонарний ординарний потш з обмеженою пiслядiею або рекурентний потш вимог. Обмежена пiслядiя виражаеться в тому, що на опис потоку впливае автомобшь, що пройшов через довiльно узятий поперечний перерiз перегону у момент початку спостережень. Слщ сказати, що стащонарний ординарний потш з обмеженою пiслядiею е узагальненням найпростiшого потоку вимог (автомобшв).
У зв'язку з цим, можна стверджувати, що на перегош вщбуваеться трансформащя транспортного потоку з найпростшого в рекурентний.
1) - формування потоюв на перегош вщбуваеться по трьох смугах (рис. 6).
Рис. 6. Оргатзащя дорожнього руху на перегот по трьох смугах руху.
На перегош смуги руху не роздшеш суцшьною лжею, це означае, що транспорты засоби рiзних типiв рухаються у суцшьному потоцi, взаемодiють мiж собою, використовуючи всi смуги руху про!зно! частини.
2) - формування потоюв на перегонi вiдбуваеться по двох смугах (рис. 7). Автомобiлi взаемоддать мiж собою, використовуючи двi смуги руху;
>• -► -
X X X X X
"х""х"""""х"""х х"
Рис. 7. Оргатзащя дорожнього руху на перегон по двох смугах руху
3) - формування потоюв на перегош вщбуваеться по однш смузi руху (рисунок 8)
Рис. 8. Оргатзащя дорожнього руху на перегон по однт смуз1 руху
В кшщ перегону, де починаеться трансформащя транспортного потоку з рекурентного у найпростший для шдготовки i здшснення виходу частини потоку рiзного складу з перегону, необхщно дослщити рiзнi випадки улаштування елементу «вихiд потоку з перегону».
Елемент «Вихiд потоку з перегону»:
Розглянемо елемент „вихщ потоку з перегону", який е самостшною системою масового обслуговування.
На перегош смуги руху не роздшеш суцшьною лмею, що означае, що транспортш засоби рiзних титв рухаються у суцшьному потощ, взаемоддать мiж собою, використовуючи ва смуги руху про!зно! частини мапстрал^ схема „ виходу потоку з перегону" виглядатиме як на рисунок 9.
*-><-**-*
Рис. 9. Buxid потоку з перегону
Основний транспортний потш, що рухаеться зовшшньою смугою про!зно! частини головно! дороги, в зош виходу потоку з перегону починае розподшятися, утворюючи при цьому два потоки. Один, основний, продовжуватиме рух в прямому напрямi i другий, другорядний - поступае на вихщ з перегону. Вхiдний потш автомобiлiв на апарат обслуговування, яким е поперечний перерiз крайньо! смуги про!зно! частини буде, як указувалося вище, простим, тобто стацiонарним ординарним без шслядп. Пропускна здатнiсть апарату обслуговування дорiвнюе одиницi, оскiльки поперечний перерiз смуги може обслуговувати одночасно тшьки один автомобiль. По мiрi звiльнення апарату обслуговування вiд попереднього автомобшя до обслуговування приймаеться наступний за ним автомобiль. Таким чином, система е повнодоступною, а дисциплша обслуговування полягае в обслуговуванш вимог (автомобшв) у мiру надходження iз загально! черги.
Формування виходу потоку з перегону з трьох смуг та вхщ у чотири смуги наведено на рисунку 10.
Фiзично вихщ транспортних засобiв вiдбуваеться за допомогою трьох смуг. Транспорты засоби перемщуються по ширин! про!зно! частини вшьно;
Рис. 10. Вих1д потоку з перегону з трьох смуг та вхгд у чотири смуги
Формування виходу потоку з перегону з двох смуг руху, та вхщ у чотири смуги руху наведено на рисунку 11.
Рис. 11. Вих1д потоку з перегону з двох смуг та вх1д у чотири смуги
Формування виходу потоку з перегону з одше! смуги руху, та вхщ у чотири смуги руху наведено на рисунку 12.
Рис. 12. Buxid потоку з перегону з одтег смуги та exid у чотири смуги
Обидва потоки, що виходять, як основний, так i другорядний будуть простими, оскшьки тут мае мюце ефект просдавання, коли закон розподшу iмовiрностi появи буде той же, що i у вхщного потоку, проте параметри !х вiдрiзняються вщ параметрiв останнього, такого, що
утворив !х. Це важливо встановити, оскшьки i основний, i другорядний потоки поступають в iншi системи обслуговування [13-14].
4. Висновки. Отже, було розглянуто автомобшьну дорогу як апарат обслуговування за допомогою теори масового обслуговування.
Визначено основш показники системи масового обслуговування для пропуску транспортного потоку по однш смузi рух. Виявлено !хнш вплив на утворення заторових сташв. Доведено, що для удосконалення мапстрально! вулично-дорожньо! мережi мiст, за допомогою системи масового обслуговування, слщ визначити вс д^нки дорiг з великою штенсившстю та розробити алгоритм швидко! лшвщаци затору. Адже, на таких дшянках при виникненнi будь-якого iнциденту, що змусить перекрити смугу руху, е можливють утворенню затору.
Удосконалити управлшня дорожнiм рухом, вплине на зменшення заторiв у мютах, покращить психофiзiологiчнi стани водив, еколопчний стан навколишнього середовища та зменшить економiчнi витрати кра!ни.
Оскшьки затор виникае у тому випадку, коли в транспортнш мереж з'являються перегони «вузью мюця», тому, управлшня у вимушеному режимi руху, в першу чергу, мае бути спрямоване на створення таких умов руху, при яких задовольняються обмеження для ушх перегошв вулично-дорожньо! мережа
Вироблення i впровадження заходiв, пов'язаних з удосконалення управлшня дорожшм рухом повинш бути спрямованi, у першу чергу, на шдвищення пропускно! здатностi головних транспортних артерiй мiста - мапстрально! вулично-дорожньо! мереж з найбiльш штенсивним рухом i завантаженiстю.
Разом з тим, слщ зазначити, що одним iз важливих аспектiв задачi з удосконалення управлшня дорожшм рухом е !! розгляд iз позицi! забезпечення гнучкосн щодо врахування станiв потоюв та !х можливих змiн на дшянках вулично-дорожньо! мереж^ i лише попм, з огляду на це, необхщно орiентуватися на доцiльностi впровадження тих чи шших заходiв.
Найбшьш ефективш заходи це тi, яю можуть зберiгати свою ефективнiсть при рiзних рiвнях завантаженостi дорiг.
REFERENCES
1. Do pytannia pro zatory na vulychno-dorozhnii merezhi mist prof. Polishchuk V.P., aspirant Nahrebelna L.P. S. 292, LXXIV naukova konferentsiia profesorsko-vykladatskoho skladu, aspirantiv, studentiv ta spivrobitnykiv vidokremlenykh strukturnykh pidrozdiliv universytetu. - K.: NTU, 2018. - 564 c.
2. Driu D. Teoryia transportnbkh potokov y upravlenye ymy / D. Driu - M.: Transport, 1972. - 424 s.
3. Polishchuk, V. P., Nagrebelna, L. P. (2019). Problemy sychasnogo mista [Problems of the modern city]. Kyiv, Visnyk NTU, 3, 43, 2019, 136-142. DOI: 10.33744/2308-6645-2019-1-43-136-142.
4. Nahrebelna L.P. (DP «DerzhdorNDI») «Vybir modeli dlya doslidzhennya transportnoho potoku na vulychno-dorozhniy merezhi mist Ukrayiny» Avtoshlyakhovyk Ukrayiny, # 3 (259), 2019 S. 30-33. doi: 10.33868/0365-8392-2019-3-259-30-3.
5. Ynosэ Kh. Upravlenye dorozhnbim dvyzhenyem; per. s anhl. / Kh. Ynosэ, T. Khamada // pod red. M.Ya. Blynkyna - M.: Transport, 1983 - 248 s.
6. Vrubel Yu.A. Orhanyzatsyia dorozhnoho dvyzhenyia. V dvukh chastiakh. Chast 2. / Yu.A. Vrubel. -Mynsk: Belorusskyi fond bezopasnosty dorozhnoho dvyzhenyia, 1996. - 306 s
7. Tomashevskyi V.N. Ymytatsyonnbi proekt avtomobylnoho dorozhnoho dvyzhenyia / V.N. Tomashevskyi, D.S. Pechenezhskyi // Radioelektronika. Informatyka. Upravlinnia. - 2001. - №1. - S. 117-122.
8. Nahrebelna L.P. (DP «DerzhdorNDI») «Vybir modeli dlia doslidzhennia transportnoho potoku na vulychno-dorozhnii merezhi mist Ukrainy» Avtoshliakhovyk Ukrainy, № 3 (259), 2019 S. 30-33. DOI: 10.33868/0365-8392-2019-3-259-30-33
9. Takha Khemdy A. Vvedenye v yssledovanye operatsyi / Khemdy A. Takha. - 7-e yzd.: Per. s anhl. - M.: Yzdatelskyi dom «Vyliams», 2005. - 912 s.
10. Cremer V., Lydwig J. A fast simylation model for traffic flow on the basis of Boolean operations // Math. Comp Simul. 1986. V. 28.H.297-303
11. Wardrop J.G. The capacity of road. «Oper. Res. Quart.» № 5, 1954, 19-24
12. L. Nahrebelna, V. Polishchuk Use of queuing theory for improvement of traffic management on the main street and road network of cities. INTERNATIONAL ACADEMY JOURNAL «Web of Scholar». 4(46), 2020.
13. Polishchuk V.P., Krasyl'nikova O.V. Otsinka stanu transportnoho potoku v umovakh funktsionuvannya ASUR. Mizhvid. nauk.-tekhn. zb. Vyp. 63. - K., NTU. 2001. - S. 354 - 357.
14. Polishchuk V.P., Krasyl'nikova O.V. Vyznachennya propusknoyi zdatnosti dorohy v umovakh funktsionuvannya ASUR. Zb. nauk. prats' „Avtodorozhniy kompleks Ukrayiny v suchasnykh umovakh: problemy i shlyakhy rozvytku". PVKP. - K., 1998. - S. 297- 299.
