CC BY
89
ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК ШВИДКОСТІ З ІНТЕНСИВНІСТЮ ТА ЩІЛЬНІСТЮ ТРАНСПОРТНИХ ПОТОКІВ НА БАГАТОСМУГОВИХ АВТОМАГІСТРАЛЯХ
Н.О. Семченко, асистент, ХНАДУ
Анотація. Доводиться експериментально визначений взаємозв ’язок між швидкістю, інтенсивністю та щільністю на першій, другій і третій смугах шестисмугової швидкісної міської автомагістралі.
Ключові слова: швидкісна автомагістраль, інтенсивність, швидкість, щільність, смуга руху, вільний рух, насичений рух.
Вступ
Мета і постановка задачі
За роки незалежності нашої країни значно збільшився парк автомобілів, що призвело до різкого підвищення інтенсивності руху на вулично-дорожній мережі міст. Наслідком є перевантаження доріг, зменшення швидкості сполучення, заторові ситуації.
Єдиним виходом з цього становища є будівництво міських багатосмугових швидкісних магістралей. Їх будівництво вже почалося, в основному, у м. Київі. Між тим закономірності транспортних потоків на багатосмугових швидкісних магістралях мають ряд особливостей, які впливають на безпеку руху й ефективність функціонування системи ВАДС. Це обумовлюється специфічним характером транспортних потоків і дорожніми умовами з багатьма перетинами в різних рівнях.
Аналіз публікацій
Пропускна здатність шестисмугових доріг, проектування поперечного профілю залежать від швидкості руху, розподілу інтенсивності руху по ширині проїжджої частини, складу транспортного потоку, дорожніх умов і т.д. Ступінь впливу цих факторів може бути визначений шляхом спостережень за режимами рухів автомобілів на дорогах із багатосмуговою проїжджою частиною.
Вивченню цих закономірностей приділяли увагу А.Н. Краніков [1], В.В. Сильянов [2] та інші [3, 4, 5, 6, 7]. Але ці дослідження проводилися 20 - 30 років тому, коли транспортний потік складався із засобів, що мали динамічні показники, значно нижчі тих, що рухаються дорогами в теперішній час.
Метою є встановлення залежності швидкості транспортних потоків від інтенсивності і щільності на шестисмугових міських швидкісних автомагістралях.
Задачею роботи є виявлення емпіричних рівнянь залежностей між швидкістю та інтенсивністю і щільністю для кожної смуги руху.
Враховуючи, що в Україні сьогодні міські швидкісні автомобільні дороги (транспортні коридори) лише будуються, в роботі були використано люб’язно надалі американсь-ким інститутом North Central Texas Countered Governments відео-записи руху на швидкісних дорогах і міських магістралях.
Результати обробки експериментальних даних
За результатами обробки спостережень на багато-смуговій дорозі встановлено, що на першій смузі взаємозв’язок між швидкістю та інтенсивністю описується рівнянням регресії, при цьому коефіцієнт кореляції r = 0,71 (рис. 1, а).
(V -
34,7 ч2 , 34,7 ч2 961,6 N
=)2 = ^rrz)2 +
2 • 0,57
2 • 0,57
0,57 0,57
(1)
У вільних умовах руху швидкість знаходиться в межах V = 60 - 74 км/год, а інтенсивність змінюється від 600 до 1000 авт/год. При насиченому русі швидкість потоку коливається в межах V = 24 - 48 км/год, а інтенсивність змінюється від 1260 до1500 авт/год.
Для другої смуги отримано залежність
/тг 3,38 ч2 , 3,38 ч2 1240,75 N
(V----------------------)2 = (—-)2 +--- -------------
2 • 0,15 2 • 0,15 0,15 0,15
При цьому коефіцієнт кореляції г = 0,85 і дані спостережень більше групуються біля середніх значень (рис. 1, б.). До вільних умов можна віднести дані, де швидкість знаходитися в межах 6072 км/год, а інтенсивність 600-980 авт/год. При
насиченому русі швидкість спостерігається в межах V = = 29-43 км/год, а інтенсивність N = 1070 - 1260 авт/год.
Взаємозв’язок між швидкістю та інтенсивністю на третій смузі також достатньо близько можна описати рівнянням
26,06 ч2 , 26,06 ч2 691,3 N (3)
(V------—)2 = (—-—)2 +—--------------(3)
2 • 0,27 2 • 0,27 0,27 0,27
У насиченому русі розкид швидкості вище - від 39 до 68 км/год - й інтенсивності коливаються в межах 1200-1480 авт/год. Відповідно коефіцієнт кореляції г = 0,82 (рис. 1, в).
Досить велика щільність транспортного потоку на третій смузі призводить до нестійкості руху, виникнення зворотних хвиль і заторових ситуацій.
І в теоретичних дослідженнях, і в експериментальних спостереженнях взаємозв’язок між інтенсивністю і швидкістю зазвичай описуються лінійною залежністю. Перевіримо дане положення за результатами спостережень.
Так, залежність зміни швидкості автомобілів зі збільшенням їх кількості (щільності) на проїжджій частині на першій смузі достатньо близько описується лінійним регресійним рівнянням вигляду (рис. 2, а);
V = 77,18 - 0,910 . (4)
Дані значення групуються для умов вільного руху, де щільність складає 0 = 6 - 20 авт/км, а швидкість коливається в межах V = 60 - 73 км/год. При насиченому русі щільність дорівнює 0 = 36 -56 авт/км і швидкість автомобілів знаходиться в межах V = 23 - 48 км/год. Середнє квадратичне відхилення 5і = 4 і коефіцієнт кореляції г = 0,97 близький до теоретичної лінійної залежності, де г = 1.
На другій смузі спостерігається достатньо тісний лінійний зв’ язок між швидкістю і щільністю, (рис. 2, в);
V = 76,8 -1,0880, (5)
при цьому середнє квадратичне відхилення
5 = 5,99, а коефіцієнт кореляції г = 0,93.
У вільних умовах руху швидкість змінюється в межах V = 60 - 73 км/год, щільність 0 = 7 - 24
авт/км. При насиченому русі коливання швидкості незначні V = 29 - 38 км/год, але щільність змінюється в межах від 30 до 56 авт/км, тобто має місце флуктуації динамічного габариту.
а V, км/год
N, авт/км
б V, км/год
N, авт/км
в V, км/год
N, авт/км
Рис. 1. Взаємозв’язок між швидкістю та інтенсивністю: а) по першій смузі; б) по другій смузі; в) по третій смузі
Умови взаємозв’язку між швидкістю та щільністю на третій смузі також достатньо близько описується лінійною регресією.
На третій смузі отримано залежність
V = 75,16 - 0,640 , (6)
де швидкість вільного руху порядку Уо = =
75,16 км/год.
а V, км/год
Q, авт/км
6)V, км/год
Q, авт/км
в)У, км/год
0, авт/км
Рис. 2. Взаємозв’язок між швидкістю та щільністю: а) по першій смузі; б) по другій смузі; в) по третій смузі
Однак, як видно з графіка (рис. 2, в), значення швидкості у вільних умовах знаходяться в межах
V = 39 - 68 км/год, а щільність змінюється від 10 до35 авт/км. В умовах передзаторової ситуації швидкість коливається трохи V = 11 - 15 км/год, а щільність змінюється Q = 89 - 106 авт/км. Середнє квадратичне відхилення S = 4,58, коефіцієнт кореляції r = 0,98.
Отримані залежності між швидкістю та щильніс-тю дозволяють визначати коефіцієнти затримок при зміні смуг на магістралях з безперервним рухом ан і відповідно пропускну здатність багато-смугових вулиць і доріг.
Висновки
Встановлено залежності впливу інтенсив-ності та щільності на швидкість, що описуються емпіричними рівнянням для першої, другої і третьої смуги багатосмугової міської магістралі.
Література
1. Красников А.Н. Скорости движения потоков
автомобилей на автомагистралях с шестью полосами движения // Проектирование дорог и безопасность движения / Труды МАДИ.-1974.- Вып. 72.
2. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков и
проектирование дорог и организация движения. - М.: Транспорт, 1977. - 303 с.
3. Гук В.И. Элементы теории транспортных пото-
ков и проектирование улиц и до- рог. - К.: УМК ВО, 1991. - 254 с.
4. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управ-
ление ими / Пер. с англ. - М.: Транспорт, 1972. - 424 с.
5. Хейт Ф. Математическая теория транспортных
потоков / Пер. с англ. - М.: Мир, 1966. - 286 с.
6. Greenshields B.D. Objective Measurements 1968
of Driver Behavior // Highway Vehicle Safety. -Vol. 13. - H. 35-47.
7. Kennedy N/ Fundamentals of Traffic Engineering.
California: University of California Institute of Transportation and Traffic Engineering, 1985. -315 p.
Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 31 серпня 2006 р.
