CC BY
109
УДК 65.0.12.122
О. Ф. К1Р'ЯНОВ, Г. Г. ПЕРЕВЕРЗСВА (Кременчуцький державний ушверситет iM. М. Остроградського)
НАПРЯМКИ ВИР1ШЕННЯ ПРОБЛЕМИ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ ТРАНСПОРТНИХ ВУЗЛ1В ВДМ
Наведено результаты дослщження штенсивносл руху на регульованих перехрестях у Midi Кременчущ. Розглянуто оптимальнi органiзацiйнi заходи для зменшення коефiцieнта завантаження. Розраховано режими роботи свiтлофорiв для iзольованого перехрестя i взаемно-залежного вузла.
Ключовi слова: транспортний потiк, регульованi перехрестя, свгглофори, фаза, П1Р, коефiцiент заванта-ження
Приведены результаты исследования интенсивности движения на регулируемых перекрестках в городе Кременчуге. Рассмотрены оптимальные организационные мероприятия для уменьшения коэффициента загрузки. Рассчитаны режимы работы светофоров для изолированного перекрестка и взаимно зависимого узла.
Ключевые слова: транспортный поток, регулируемые перекрёстки, светофоры, фаза, час «пик», коэффициент загрузки
The results of traffic intensity investigation on Kremenchuk regulated road crossings are presented. Optimum organizational measures for diminishing of load factor are considered. The operational modes for traffic lights ator the isolated crossing and mutually dependent junction are calculated.
Keywords: transport stream, regulated road crossings, traffic-lights, phase, IIM, load factor
Вступ
Швидкий процес автомобшзаци з кожним роком охоплюе все бшьшу кшьюсть кра!н, по-стшно збшьшуеться автомобшьний парк, кшьюсть людей, причетних до дорожнього руху. Зростання автомобшв i об'ему перевезень при-зводить до збшьшення iнтенсивностi руху, що в умовах мiст з юторичною забудовою сприяе виникненню транспортних проблем. Особливо гостро вони проявляються на вузлових пунктах вулично-дорожньо! мережi (ВДМ) - перехрестях. У цих мюцях збiльшуються транспортнi затримки, виникають черги та затори, а це ви-кликае зниження швидкосп сполучення, неви-правданi перевитрати палива, погiршення еко-логiчного стану, тдвищення зношуваностi вуз-лiв i агрегатiв автомобiлiв. Проблема усклад-нюеться у мiських районах старо! забудови, яю характернi вузькою про!жджою частиною, короткими квартальними вiдрiзками мiж перехре-стями, значною iнтенсивнiстю шшохщного
руху.
Аналiз попереднiх дослiджень
Викладена проблема знайшла свое вщобра-ження у десятках наукових публiкацiях, моделях ВДМ, проте залишаеться i далi вкрай складною з огляду на специфшу кожно! конкретно! групи мюьких перехресть, що утворилась юто-
рично та значно! кшькосп протирiчних чинни-кiв, якi необхщно врахувати при пошуку оптимального виршення задачi [1, 2]. Авторами розроблено бшьше десятка методiв, направле-них на пiдвищення iнтенсивностi руху, стушш завантаження перехресть, пiдвищення пропус-кно! здатностi ВДМ та безпеки руху. Проте проблему багатокритерiальностi ш одна з вщо-мих методик не виршуе з огляду на значну вагу iндивiдуального для кожного з вузлiв пара-метрiв. Збiльшення пропускно! здатностi мюь-ких ВДМ у бiлостi методик можна досягти або за рахунок будiвельних та реконструкцшних заходiв, або за рахунок впровадження ряду ор-гашзацшних заходiв, таких як розподiл транспортних потоюв, впровадження штелектуаль-них систем св^лофорного регулювання (СФР), що ддать на перехрестях тощо. Вщомо, що за-стосування архiтектурно-планувальних заходiв вимагае, крiм значних капiталовкладень, ще й досить значного перiоду часу для виконання, тому !х впровадження вщбуваеться у рамках генеральних реконструкцш ВДМ. Органiзацiйнi заходи також обмежеш як з боку апаратурного, так i алгоритмiчного аспектiв, проте дозволя-ють на певний час зменшити гостроту пробле-ми значно меншими витратами. Для !х впровадження, наприклад, систем СФР, необхщш пе-внi фiнансовi витрати для реоргашзаци шфор-мацiйно! пiдсистеми, встановлення детекторiв
© Кiр 'янов О. Ф., Переверзева Г. Г., 2011
транспорту для збору шформацп про характеристики транспортних потоюв в режимi реального часу, а також потребуе розробки i реалiза-ци математичного забезпечення.
Постановка задачi
Враховуючи вищенаведенi фактори, не зав-жди доцiльним е впровадження таких методiв. Приймати подiбнi рiшення слiд виходячи з мiр-кувань, що базуються на досить коректному технiко-економiчному обrрунтуваннi. Вiдомi з робiт моделi органiзацiйного напряму грунту-ються на облiку чинниюв, що характеризують рух транспортних потоюв, i використовують данi: про штенсившсть руху транспорту i тшо-ходiв; про швидкiсть руху транспорту на рiзних дiлянках ВДМ; про затримки транспортних i пiшохiдних потокiв на окремих дiлянках i в чаш (по сезонах i годинам доби); про склад транспортного потоку i т.п. [2]. В практищ регулю-вання дорожнiм рухом (ДР) найбшьш розпо-всюджена модель Вебстера для розрахунку св> тлофорного циклу i його складових. В И основi лежить мiнiмiзацiя середньо! затримки автомо-бiля. На процес ДР впливае велика кшьюсть чинникiв, тому його цшьова функцiя повинна визначатися комплексним показником ефекти-вностi за часом руху учасниюв i завантаженням ВДМ. Для зменшення завантаження необхщно максимально збiльшити пропускну здатнiсть перехрестя, що призведе до збiльшення трива-лостi свiтлофорного циклу i затримок. Тому доцшьно розробити модель, за яко! пропускна здатнiсть збiльшуватиметься до визначеного ефективного рiвня з мшмальними затримками.
Матерiал i результати дослщження
Для впровадження органiзацiйних i регулю-вальних заходiв перш за все необхщш данi ш-тенсивностi руху, складу транспортного потоку, параметри ВДМ. Тому було проведено мо-шторинг транспортних потоюв за рядом пере-хресть мiста, найбiльш критичних з позици перевантаження. Монiторинг проводився в се-рединi робочого л^нього тижня протягом денного часу високо! iнтенсивностi руху (з 7.00 до 19.00). Дослщжувались транспортнi потоки на перехрестях вулищ Першотравнево! з вулицями Пролетарською, Шевченка та Гагарша м. Кре-менчука та окремi сумiжнi перехрестя, показанi на рис. 1.
Дослiдження саме цих перехресть обумов-лено тим, що вони утворюють певний взаемно-залежний вузол, на якому створюються черги
довжиною в квартали. Перехрестя з вулицею Пролетарською веде на мют через р. Дншро, що е напруженою транспортною дiлянкою мiжнародноl автомагiстралi. Через щ перехрестя проходять значнi транзитш транспортнi потоки. Як наслщок, проблеми у сферi дорожньо-го руху на мюькш ВДМ вщбиваються на ефек-тивностi роботи автотранспортного комплексу сумiжних регiонiв. Епюра штенсивносп руху дозволяе видiлити години шк, в якi виникають найбiльш складш задачi оргашзаци руху. Най-бшьша iнтенсивнiсть в перiод з 11...14 год, що пов'язано з шком дшово! активностi населення (рис. 2).
Рис. 1. Схема дослщжуваних потоков транспортного району
6293 / / 5782
□ Легкой! айтомобт Ш ВантжЛки
Рис. 2. Епюра штенсивносп руху протягом доби
Аналiз даних натурних дослiджень показуе, що на вулицях мiста переважае легковий транспорт (рис. 3).
де N р., - приведена штенсивнють в перерга
Е = ■
К
М л
(1)
N
г =■
год прив
Р
год
прив
(2)
«стоп-лшп»; Р
год прив
пропускна здатн1сть в пе-
Рис. 3. Склад потоку на ВДМ
Для оцшки пропускно! здатносп дор1г { ко-ефщента завантаження виникае необхщнють приведення змшаного потоку автомобшв до потоку, що складаеться тшьки з легкових автомобшв. Експериментально на основ! часових штерватв визначено значення коефщенпв приведення до легкового автомобшя:
рер1з1 «стоп-л1нн».
Виявлено, що юнуюча пропускна здатнють на деяких тдходах до перехрестя використову-еться не ефективно, тобто в одному напрям! надлишок дозволеного сигналу, а в шшому -зростае черга ТЗ. Методом цшьового пошуку управляючих параметр1в з використанням ПК визначено оптимальне сшввщношення фаз циклу 1 тривалють циклу на кожному перехресп. В якост критерив оптим!заци слугують значення середньо! затримки (3), мш1мзащя кое-фщ!ента завантаження (4), р!вном!рнють завантаження вс1х шдход!в (умова гтах - гтт < 0,4). Математична штерпретащя дано! модел! управлшня описуеться таким чином:
* = / Т, *о1, Го2)
г = / (Рприв , ^о1, *о 2 ) "
де А*к - часовий штервал м1ж розглянутими ТЗ, с; А*л - часовий штервал м1ж легковими автомобшями, с.
Використовуючи даш приведено! штенсив-ност { розподшу транспортного навантаження за напрямками руху створено картограму пого-динно! штенсивност руху, що показуе най-бшьш критичш мюця на перехресп з позицп перевантаження.
Для оцшки юнуючих умов дорожнього руху на мереж! було визначено пропускну здатнють перехресть ! коеф!ц!ент завантаження. Як вщо-мо з теор!!' транспортних потоюв, регульован! перехрестя мають найменшу пропускну здат-н!сть. Тому систематичш затори створюються саме на керованих перехрестях, як! являються т. з. «вузькими м!сцями» дороги. Якщо штенсивнють руху досягае значення пропускно! здатносп такого «вузького мюця», то швидк!сть руху (пропускна здатшсть) не залежить в!д геометричних характеристик д!лянки дороги, розташовано! вище вузького мюця. Тобто пропускна здатнють вулищ визначаеться пропускною здатнютю регульованих перехресть [2].
Коефщент завантаження не повинен пере-вищувати при 2-тактному регулюванн! 0,8...0,9. В даному випадку бшьшють коефще-нпв дор!внюе одиниц!, а то й вище:
->т!и; (3)
—> т!п, (4)
де Тс - тривал!сть циклу СФР; *о1, *о2 - трива-л!сть основних такпв регулювання. Початков! умови:
25 < Тс < 120; Тр = ^ + *р2 = сот*, (5) де Тр - загальна тривалють пром!жних такт!в
СФР; *Р1, *р2
тривал1сть пром1жних такт1в
регулювання.
Задаемо в якост! початкового циклу Тс м> н!мально допустиме його значення, розрахову-емо основш такти з кроком 0,02. Пюля перебору вс!х значень Тс отримано оптимальне сшв-в!дношення фаз циклу ! його загальну тривалють. Пропускну здатнють перерозподшено вщповщно до !нтенсивност! руху, при цьому зменшуються коеф!ц!енти завантаження ! сере-дня затримка. Оптимальних р!вн!в завантаження досягнуто на дослщжуванш ВДМ, кр!м пе-рехрестя Першотравнева-Пролетарська, так як прямий ! перпендикулярний потоки наст!льки щ!льно насичен!, що корегування двофазового СФР не дало ефективного результату.
Для перехрестя Першотравнева - Пролетар-ська використаемо метод управлшня рухом за окремими напрямами. Фазу, як правило визна-чае найбшьш завантажений напрямок. В остан-шх менш завантажених напрямах фаза не наси-чена, тобто !снуе надлишок зеленого сигналу. Це призводить до збшьшення тривалосп циклу ! зменшення пропускно! здатност!. Щоб л!кв>
дувати цеи недол1к i п1двищити гнучкють про-цесу управлшня визначаемо тривалють такпв для напрям1в роздшьно. За такою схемою спо-чатку пропускаемо прямиИ мало штенсивний потш i вщводимо час для пропуску зустр1чного насиченого лiвоповоротного напряму. Таким чином вдалося максимально збшьшити пропус-кну здатнiсть вулицi Першотравнево1 i досягти бажаного коефiцiента, проте невелике напру-ження залишилось на ПролетарськiИ.
При юнуючш iнтенсивностi засобами СФР не вдаеться досягти планових коефiцiентiв, тому доцшьно зменшити надходження транспорту на дослщжувану ВДМ, шляхом обмеження вЧзду вантажних автомобiлiв у години рекреа-цiИних перiодiв «шк», а саме з 11 до 14 години (див. рис. 2). Такий шдхщ дозволить зменшити штенсившсть лiвоповоротних напрямiв, що значно зменшують пропускну здатнiсть. Пiсля повторного корегування циклу СФР отримаш результати задовольняють поставленим вище умовам.
До цього дослщжуваш перехрестя розгляда-лися як iзольованi, але беззаперечно мiж ними юнуе тiсниИ взаемозв'язок, затор на одному перехресп змiнюе ритм руху на сусщшх. Тому доречно запланувати координоване управлiння, що забезпечуе включення дозволених сигналiв в момент тдходу групи автомобiлiв, якi руха-ються з визначеною швидкiстю. Технiчнi мож-ливостi контролерiв дозволяють використання бшьш складних алгоритмiв, нiж iснуюче жорс-тке з одним циклом. Для розрахунку режиму координованого управлшня використано гра-фоанал^ичний метод, що полягае у побудовi графiка «вiдстань-час». Ключовим е перехрестя Першотравнева-Пролетарська, оскiльки в нього максимальна тривалють циклу i найбшьше за-вантаження (рис. 4). Цикл для вшх перехресть однаковий (58с), а сшввщношення фаз вщпов> дно до штенсивносп.
Основа графоаналiтичного методу - макси-мiзацiя ширини смужки часу. Якщо графiк руху автомобiля знаходиться в середиш цiеï смужки, то йому гарантуеться беззупиночний рух. Тангенс кута нахилу цих лшш вiдповiдае розраху-нковiИ швидкостi. В результат затримка авто-мобiлiв наближуеться до нуля, збiльшуеться швидкiсть i, вщповщно, збiльшуеться пропуск-на здатнють, зменшуеться рiвень завантаження.
обхiдно вести по багатокритерiальнi моделi, що враховуе конкретш особливостi даноï групи.
Рис. 4. Схема вузлового руху
2. Оптимальне сшввщношення фаз циклу i тривалють циклу на кожному перехресп визна-чають методом цiльового пошуку управляючих параметрiв, де в якосп критерпв оптишзаци слугують значення середньо1 затримки та мш> мiзацiя коефщента завантаження.
3. Достатньо якiсне, проте тимчасове ршен-ня, дае впровадження координованого руху (локально1 зелено1 хвил^, що орiентована на фактичнi показники штенсивносп руху.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Глик, Ф. Г. Обследование транспортных потоков и прогнозирование нагрузки сети городских улиц и дорог [Текст] / Ф. Г. Глик // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов. - Екатеринбург, 1998. -105 с.
2. Брайловский, Н. О. Моделирование транспортных систем [Текст] / Н. О. Брайловский, Б. И. Грановский. - М.: Транспорт, 1978. -125 с.
3. Математическое моделирование автотранспортных потоков [Текст] / Н. Н. Смирнов [и др.]. - М.: Мехмат МГУ, 1999. - 59 с.
4. Семенов, В. В. Математическое моделирование транспортных потоков мегаполиса [Текст] / В. В. Семенов. - Препринт № 34 Ин-та прикл. математики им. М. В. Келдыша РАН, 2004. -17 с.
5. Пугачев, И. Н. Организация и безопасность движения [Текст] : учеб. пособие / И. Н. Пугачев. - Хабаровск, 2004. - 42 с.
Висновки
1. Пошук оптимальних ршень шдвищення пропускноï здатност для групи перехресть не-
Надшшла до редколегп 08.10.2010. Прийнята до друку 19.10.2010.
