CC BY
28
УДК 656.13/73.31.17
ИЗУЧЕНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ В РОСТОВЕ-НА-ДОНУ Феофилова А. А.
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация [email protected]
Представлены результаты анализа изменения интенсивности дорожного движения на участках ул. Большая Садовая в г. Ростове-на-Дону. Построены графики распределения значений в течение суток по будним и выходным дням, графики периодограмм и спектральной плотности, позволяющие отследить пиковые значения колебаний интенсивности. Методами спектрального анализа выявлены суточные и внутричасовые периоды изменения интенсивности.
Ключевые слова: интенсивность дорожного движения, неравномерность, спектральный анализ.
UDC 656.13/73.31.17 STUDY ON TRAFFIC FLOW DENSITY IN ROSTOV-ON-DON
Feofilova A. A.
Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation
The article presents the results of the analysis of traffic flow density on Bolshaya Sadovaya Street in Rostov-on-Don. The graphs of values distribution during the day on weekdays and weekends, graphs of periodgrams and spectral density, allowing to track peak values of flow's fluctuations, are constructed. Diurnal and intra-hour periods of intensity changes are found by the methods of spectral analysis.
Keywords: traffic flow density, unevenness, spectral analysis.
Введение. Ростов-на-Дону — важнейший транспортный узел на юге России, который называют «воротами Кавказа» и южной столицей страны. В настоящее время в городе существует ряд дорожно-транспортных проблем, тормозящих его развитие. Стремительное повышение уровня автомобилизации в Ростове-на-Дону и невозможность необходимого оборота транспортных потоков при существующей дорожной сети приводят к огромным экономическим издержкам. В донской столице центральная часть улично-дорожной сети используется на пределе пропускной способности. В сложившихся условиях для обеспечения высокого уровня развития города необходимо в срочном порядке улучшать работу транспортной сети. В основе таких мероприятий, как правило, лежит изучение изменения интенсивности дорожного движения. Это и определяет интерес к изучению закономерностей изменения интенсивности как во времени, так и в пространстве. Цель данной работы — на примере ул. Большая Садовая проанализировать изменения интенсивности дорожного движения в городе, представив результаты в виде графической информации.
Вопросами учета временной неравномерности при организации дорожного движения занимались многие отечественные исследователи, в числе которых С. А. Ваксман, В. Г. Живоглядов, В. В. Зырянов, В. Е. Каганович, Г. И. Клинковштейн, В. В. Сильянов, а также зарубежные — Д. Дрю, Ф. В. Вебстер, Г. С. Левинсон, А. Д. Миллер, Дж. К. Оппенлендер, К. Робинсон и другие [1-4].
Исследование изменения интенсивности дорожного движения в течение суток. Сбор и обработка данных по интенсивности движения и скорости выполнены путем автоматизированной непрерывной регистрации с усреднением по пятиминутным периодам для каждой полосы и направления движения.
В ходе исследования данные фиксировались в течение суток для каждого из дней недели в период с 25.11.17 по 1.12.17. Изменение интенсивности дорожного движения в течение суток на участках ул. Б. Садовая по направлениям представлено на рис. 1-4. Как видно на представленных рисунках, графики изменения интенсивности движения в рабочие дни очень похожи, при этом разброс значений интенсивностей в пиковые периоды для рабочих дней не превышает 5 %. Отмечаются некоторые различия в изменении интенсивности в выходные дни недели, что указывает на ее неравномерность.
Рис. 1. Изменение интенсивности дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (направление ТП — на запад)
Рис. 2. Изменение интенсивности дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (направление ТП — на восток)
2400
2100
1800
1500
1200
000
600
300
I -г -Г" -1— -1— -1- -1- -1- -1- -1- —1- —1- - -I- -
— — ¿Л
/ ■■■■■ !/ У
и П П
с-^ с*4- "О О
С*^ С*}
5 2
гг, рг^ рг^ ГГ,
5 ^
5 ^
Рис. 3. Изменение интенсивности дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (направление ТП — на запад)
2400
2100
1Й00
1500
1200
000
600
300
Рис. 4. Изменение интенсивности дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (направление ТП — на восток)
Анализ графиков изменения интенсивности дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая позволил вывить следующие тенденции:
1) интенсивность дорожного движения изменяется неравномерно в течение недели в группировке по выходным и рабочим дням;
2) рост интенсивности дорожного движения в течение всей недели независимо от дня недели начинается около 7:00, послепиковый спад интенсивности движения приходится на 20:00;
3) пиковый период детектируется с 7:00 до 20:00 с различным характером распределений интенсивности в нем (рис.5).
а)
б)
В)
Рис. 5. Типовые варианты распределения интенсивностей дорожного движения в течение суток на ул. Б. Садовая: а) один утренний пик; б) один продолжительный пик; в) один пик (выходной день) [5, 6]
Исследование неравномерности изменения интенсивности дорожного движения. Для
исследования неравномерности ТП был применен спектральный анализ, позволяющий определить период колебаний интенсивности дорожного движения. В качестве исходных для спектрального анализа выбраны отрезки измерения интенсивности с 7 до 20 часов. Определение интенсивности проводилось пятиминутными интервалами. Исходные отрезки были выбраны из статистических данных, полученных в результате измерения интенсивности на ул. Б. Садовая с 22.09.17 по 1.12.17. Проведение преобразования Фурье и последующий спектральный анализ колебаний интенсивности выполнялись с помощью пакета программ обработки статистических данных БМвйса 12 [7].
Было изучено изменение интенсивности дорожного движения на участках ул. Большая Садовая — пр. Ворошиловский, ул. Большая Садовая — пр. Буденновский по рабочим и выходным дням. Получены графики периодограмм и спектральной плотности, позволяющие отследить пиковые значения колебаний, соответствующих определенным частотам и периодам измерений (в табл. 1 выделены цветом). Полученные значения в дальнейшем преобразуются в периоды суточной и внутричасовой неравномерности интенсивности дорожного движения. Результаты анализа представлены на рис. 6-9 и в табл. 1-4.
2Е5
2Е5 1,5Е5 1Е5 50000 0
1Е5 5 ' ' ' ' ■ ■ ■ ■ ■ 1Е5
л н
§ 80000 н о < > 1 > 80000
§ 60000 60000
К Й 40000 ср I « > 40000
Е
| 20000 20000
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" Частота
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" Частота
Рис. 6. Графики периодограмм и спектральной плотности на участке ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (рабочие дни)
0
0
Таблица 1
Результаты спектрального анализа для участка ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (рабочие дни) (фрагмент)
Частота Число периодов измерений Косинус коэфф. Синус коэфф. Периодограмма Спектральная плотность
0^00 0"000 0"000 0"000 26693"260
0"001 780"000 113774 -0"767 54289"200 28168"960
0^03 390"000 -1я716 -3"957 7253"300 18691Д00
0"004 260"000 0"668 -4Д42 6866"400 18089"800
0"228 4"382 -0"019 0"595 138Д 6995"4
0"229 4"358 1"301 1"992 2206"8 40498"38
0"231 4"333 3"859 -20"082 163084Д 73999"74
0"232 4"309 2Д94 -0"972 2246"2 41290"33
й &
о ч о к л и
С
2,5Е5
2Е5
1,5Е5
1Е5
50000
2,5Е5 2Е5 1,5Е5 1Е5 50000 0
1Е5
С5 о" о" С5 о" о" о" о" о" о" о" Частота
I
| 40000 ср
20000
к
о
Рис. 7. Графики периодограмм и спектральной плотности на участке ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (рабочие дни)
Результаты спектрального анализа для участка ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (рабочие дни) (фрагмент)
1Е5 80000 60000 40000 20000 0
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" Частота
Таблица 2
0
0
Частота Число периодов измерений Косинус коэфф. Синус коэфф. Периодо-грамма Спектральная плотность
0"005 195"000 -0"800 7"095 19884"200 56410"540
0"006 156"000 21"355 -3"711 183217"200 96959"070
0"008 130"000 0"750 10Д79 40625"400 65289Д30
0"009 111.429 -0"822 -4"823 9333"300 21350Д20
0"010 97"500 1"305 -0Д90 678"400 9430"030
0"229 4"358 -0"715 2"042 1825"5 9987"82
0"231 4"333 -9"726 0"357 36938"2 17522"6
0"232 4"309 -1"634 1"785 2283"9 10232"25
й &
о ч о
к р
и
с
9Е5 8Е5 7Е5 6Е5 5Е5 4Е5 3Е5 2Е5 1Е5 0
о ш о ш о ш о
<3 <3 ^ ^ СЧ СЧ" ГО СП ^ ^ 1П
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о"
Частота
9Е5 8Е5 7Е5 6Е5 5Е5 4Е5 3Е5 2Е5 1Е5 0
л н о о к н о ч
к «
к л
ч
Й р
Ё и к о
5Е5 5Е5
)
4Е5 4Е5
3Е5 ) 3Е5
2Е5 ) ' 2Е5
1Е5 С) ■ 1Е5
0 0
Частота
Рис. 8. Графики периодограмм и спектральной плотности на участке ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (выходные дни)
Результаты спектрального анализа для участка ул. Б. Садовая — пр. Ворошиловский (выходные дни) (фрагмент)
<Э О" ^ ^ СЧ СЧ ГО СО ^ ^ 1П
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о"
Таблица 3
Частота Число периодов измерений Косинус коэфф. Синус коэфф. Периодограмма Спектральная плотность
0^00 0"000 0"000 0"000 164409"800
0^03 312"000 22"899 29"945 221682"200 305487"000
0^06 156"000 -58"550 -41"648 805382"700 452785Д00
0"010 104"000 -1"725 28"208 124593"200 323962"200
0^13 78"000 -24"696 -33"798 273340"800 187728"200
0"228 4"394 2"070 1"454 998"300 26645"400
0"231 4"333 2"246 -21"808 74980"900 36134"500
0"234 4"274 -0"955 -4"785 3713"600 22173"700
1Е6
8Е5
^ 6Е5
0
1 4Е5 р
и
с
2Е5
Частота
1Е6 8Е5 6Е5 4Е5 2Е5
0 1-,-,-,-,-,-,-,-,-,- 0
01Л01Л01Л01Л01Л0 <3 <Э ^ ^ СЧ СЧ СО СП ^ 1П
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о"
л н о о к н о ч к
к л
ч
Й р
Ё и к о
5Е5 4Е5 3Е5 2Е5 1Е5
Частота
Рис. 9. Графики периодограмм и спектральной плотности на участке ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (выходные дни)
5Е5 4Е5 3Е5 2Е5 1Е5
0 1-,-,-,-,-,-,-,-,-,- 0
01Л01Л01Л01Л01Л0 <3 <Э ^ ^ СЧ СЧ" СП ^ ^ 1П
о" о" о" о" о" о" о" о" о" о" о"
Таблица 4
Результаты спектрального анализа для участка ул. Б. Садовая — пр. Буденновский (выходные дни) (фрагмент)
Частота Число периодов измерений Косинус коэфф. Синус коэфф. Периодограмма Спектральная плотность
0"000 0"000 0"000 0"000 150908"000
0"003 312"000 -5"780 34Д97 187643"500 294667"500
0"006 156"000 -65"986 -32"707 846118"000 430756"000
0"010 104"000 -6"088 1"649 6205"800 256105"000
0"013 78"000 -12"055 -31"373 176209"500 113703"200
0"016 62"400 2"460 -5Д07 5013"300 59461"700
0"237 4"216 -3"965 -0"048 2452"900 1567"600
0"240 4Д60 -0"620 -0Д14 62"000 1082"200
0"244 4Д05 1"888 -1"980 1167Д00 1613"400
0"247 4"052 3"961 2"992 3844"200 2435"400
0"250 4"000 -2"631 -2"099 1766"700 1861"600
Заключение. Проведенные исследования показали, что на ул. Большая Садовая период колебаний интенсивности дорожного движения внутри часа не зависит от дня недели и составляет 21-23 минуты как в рабочие, так и в выходные дни. Суточная неравномерность определяется периодом колебаний интенсивности дорожного движения от 4,3 до 6,5 часа. Полученные результаты могут быть использованы для кластеризации состояний транспортных потоков, проведения исследований в области совершенствования светофорного регулирования.
Библиографический список
1. Ваксман, С. А. Внутрисуточная неравномерность загрузки сети магистральных улиц городов транспортными потоками / С. А. Ваксман // Развитие сети городских улиц и дорог: тез. докл. на Всесоюзной науч.-техн. конф. — Шауляй, 1981. — Ч. 1. — С.25-28.
2. Ваксман, С. А. Некоторые закономерности изменения интенсивности движения в транспортных узлах крупных городов / С. А. Ваксман // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов. Материалы третьей международной научно-практической конференции. — Екатеринбург, 1996. — С. 43-47.
3. Дрю, Д. Теория транспортных потоков и управление ими / Д. Дрю. — Москва : Транспорт, 1972. — 424 с.
4. Клинковштейн, Г. И. Организация дорожного движения. Учебник для автомобильно-дорожных вузов и факультетов / Г. И. Клинковштейн. — Москва : Транспорт, 2001. — 247 с.
5. Кашталинский, А. С. Учет внутричасовой неравномерности транспортных потоков на регулируемых пересечениях / А. С. Кашталинский // Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса: материалы V междунар. заочной науч.-практ. конф. — Новокузнецк, 2016. — С. 38-43.
6. Кашталинский, А. С. Расчет параметров светофорного регулирования с учетом неравномерности движения транспортных потоков / А. С. Кашталинский // Развитие дорожно-транспортного и строительного комплексов и освоение стратегически важных территорий Сибири и Арктики: вклад науки: материалы междунар. науч.-практ. конф. — Омск, 2014. — С. 254-256.
7. Бокс, Дж. Анализ временных рядов. Прогноз и управление / Дж. Бокс, Г. Дженкинс ; под ред. В. Ф. Писаренко. — Москва : Мир, 1974. — 406 с.
