CC BY
4
УДК 656.11:004.94 https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2023.2.10
М. П. РУДЬ
кандидат техшчних наук, доцент, доцент кафедри автомобшв та технологи 1х експлуатацй Черкаський державний технолопчний ушверситет ORCID: 0000-0002-8936-6812
I. А. ШЛЬОНЧАК
кандидат техшчних наук, доцент, доцент кафедри автомобшв та технологи 1х експлуатацй Черкаський державний технолопчний ушверситет ORCID: 0000-0002-5096-2414
ОЦ1НЮВАННЯ ПРОПУСКНО1 ЗДАТНОСТ1 ПЕРЕХРЕСТЯ В УМОВАХ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦ1Й МЕТОДОМ ТРАНСПОРТНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
У cmammi проанал1зовано пропускну здаттсть перехрестя для ргзних сценарив, як можуть виникати в транспортнш системi вна^док надзвичайних ситуацш в умовах военного стану в Укра'ш. Для цього було використано програмне забезпечення для транспортного мiкромоделювaння PTV Vissim. До^дження здтснено на приклaдi перехрестя мaгiстрaльних вулиць з пожвавленим рухом в обласному центрi кра'ти, яке поеднуе транспорты потоки з ргзних рaйонiв мiстa, вiзнi i вшзт потоки з нього.
Перехрестя вiдiгрaють вирiшaльну роль для ефективностi, зручностi, безпечностi, екологiчностi вулично-дорожньоi мережi мiстa, осюльки вони служать точками зустрiчi, де перетинаються багато мaршрутiв гро-мадських, комерцшних та приватних транспортних зaсобiв. Вони е життево важливими компонентами тран-спортно'1' тфраструктури та полегшують рух моторних транспортних зaсобiв, пiшоходiв i велосипедистiв мктом i в той же час можуть бути причиною збшьшення кiлькостi зaторiв та авартних ситуацш у випадку неправильно'1' 1'х оргашзаци. 3i збтьшенням кiлькостi надзвичайних подш, викликаних як атаками агресора на об'екти критично'1' тфраструктури, так i безпосередньо врезультaтi бойових дш в нашш кра'ш, надзвичайно важливо зрозумти, як ц подИ впливають на транспортт потоки на перехрестях. У цьому до^джент пропо-нуеться використовувати методи iмiтaцiйного моделювання транспортних потоюв для прогнозування ргзних сценарив надзвичайних ситуацш та оцтювання 1'х впливу на пропускну здaтнiсть перехрестя.
Для досягнення мети роботи проведено моделювання трьох сценарИв роботи перехрестя: робота в кнуючих умовах в нормальному режимi у перюд максимального завантаження (ранкову годину «тк»); робота в тих же початковихумовах, але з вимкненим свтлофорним регулюванням; режим евакуаци зi збтьшеним потоком транспорту в напрямку вшзду з мкта з вiдсутнiм громадським транспортом. Це моделювання дозволило оцiнити вплив цих сценарив на параметри дорожнього руху, розробити рекомендацИ для пiдвищення загально'1' готовнос-тi до реагування на надзвичайш ситуаци i визначити напрямки подальших до^джень.
Ключовi слова: транспортна система, iмiтaцiйне моделювання, система iмiтaцiйного моделювання транспортного руху, пропускна здатнкть перехрестя, надзвичайна ситуащя.
M. P. RUD
Ph.D., Associate Professor, Associate Professor at the Department of Automobiles and Technologies of their Operating Cherkasy State Technological University ORCID: 0000-0002-8936-6812
I. A. SHLONCHAK
Ph.D., Associate Professor, Associate Professor at the Department of Automobiles and Technologies of their Operating Cherkasy State Technological University ORCID: 0000-0002-8936-6812
ASSESSMENT OF INTERSECTION CAPACITY UNDER EMERGENCY SITUATIONS USING
THE TRANSPORT MODELING METHOD
The article analyzes the capacity of the intersection for different scenarios that may arise in the transport system due to emergencies under martial law in Ukraine. For this, the PTV Vissim transport microsimulation software was used.
The study was carried out on the example of the intersection of main streets with busy traffic in the regional center of the country, which combines traffic flows from different parts of the city, incoming and outgoing flows from it.
Intersections play a critical role in the efficiency, convenience, safety, and sustainability of a city's road network, as they serve as meeting points where many public, commercial, and private vehicle routes intersect. They are vital components of the transport infrastructure andfacilitate the movement of motor vehicles, pedestrians and cyclists around the city and at the same time can cause more traffic jams and accidents if not properly organized. With an increase in the number of emergency events caused both by aggressor attacks on critical infrastructure facilities and directly as a result of hostilities in our country, it is extremely important to understand how these events affect traffic flows at intersections. This study proposes to use traffic simulation methods to predict various emergency scenarios and assess their impact on the capacity of the intersection.
To achieve the goal of the work, modeling of three scenarios for the operation of the intersection was carried out: work under existing conditions in normal mode during the period of maximum load (morning rush hour); work under the same initial conditions, but with the traffic light control turned off; an evacuation mode with an increasedflow of traffic in the direction of leaving the city with no public transport. This simulation allowed the impact of these scenarios on traffic parameters to be assessed, recommendations to improve overall emergency preparedness and directions for further research to be developed.
Key words: transport system, simulation modeling, traffic simulation system, crossroads capacity, emergency.
Постановка проблеми
Повномасштабна збройна агресш росшсько! федераци вплинула на р!зш аспекти повсякденного життя в Укра!ш, зокрема транспорт i оргашзацш дорожнього руху в мютах. З 24.02.2022 року в кра!ш оголошено воен-ний стан - надзвичайний стан, який характеризуемся тимчасовим припиненням звичайних громадянських прав, що дозволяе посилити вшськовий i урядовий контроль [1]. Розумшня впливу надзвичайних ситуацш [2], що можуть виникати пвд час военного стану на пропускну здатнють вулично-дорожньо! мереж1 мае важливе значения для розробки ефективних стратегш контролю дорожнього руху та забезпечення безперебшного руху людей, това-р1в i екстрених служб у цей критичний перюд.
Найважлившим чинником, який впливае на пропускну здатнють вулично-дорожньо! мереж! сучасного мюта е оргашзащя дорожнього руху на перехрестях, особливо мапстральних вулиць загальномюького та районного зна-чення. Перехрестя е критичними точками, де перетинаються транспорта потоки, i розумшня !х пропускно! здат-носп мае важливе значения для розробки ефективних стратегш управлiния дорожшм рухом, зменшення затор1в i тдвищення загально! безпеки дорожнього руху. Дослвдження пропускно! здатносп перехресть е обов'язковим етапом в розробщ штелектуальних транспортних систем та ршень мюького планування з метою створення ефек-тившших, зручшших для життя, еколопчних та безпечних мют. При виникненш надзвичайних ситуацш в результат! атак на об'екти критично! шфраструктури та бойових дш, пвдвищення пропускно! здатност! перехрестя може мати ключове значення як для зменшення економ!чних та еколог!чних збитшв, так i врятування житт!в людей. Водночас результата таких дослщжень залишаться важливими i в мирний час у раз! виникнення таких подш як стих!йн! лиха, авар!! та надзвичайш ситуац!! в м!стах.
1м!тацшне моделювання дорожнього руху - це потужна методолог!я, яка дозволяе дослщникам вивчати й анал!зувати повед!нку учаснишв дорожнього руху !з високою точнютю. Використовуючи комп'ютерн! модел! та розширеш алгоритми, моделювання дорожнього руху ввдтворюе реальн! сценар!!, дозволяючи ощ-нити пропускну здатнють перехрестя, схеми транспортного потоку та ефектившсть стратег!й управлшня дорожн!м рухом.
Аналiз останшх дослщжень та публiкацiй
Анал!з публ!кац!й щодо досл!дження транспортного планування вулично дорожньо! мереж! сучасних м!ст показуе, що значну увагу привертае до себе метод !мггацшного транспортного моделювання з використанням спешал!зованого програмного забезпечення. Зокрема в робот! [3] за допомогою програмного забезпечення PTV Vissim розроблено !м!гацшну модель в окрем!й зон! важливого перехрестя в м!ст! Пардубще в Чеськ1й Республ!ц!. Модель дозволила оцшити вплив реконструкц!! перехрестя на лопстику м!ста та на прилегл! територ!!'. В робот! [4] за допомогою шструменту м!кроскоп!чного моделювання транспортного потоку PTV Vissim автори змоделювали д!лянки автостради з двома, трьома та чотирма смугами руху. Було шльшсно оц!нено результуючий пот!к транспорту на кожнш окрем!й смуз! для р!зних значень параметр!в руху. Також дослщниками прид!ляеться увага впливу на дорожнш траф!к природних катакл!зм!в. Так у статт! [5] дослщжено метод розпод!лу руху транспорту у випадку авар!й та метод оргашзацп руху мереж! авар!йного спецтранспорту.
В Укра!ш також опубл!ковано ряд дослвджень р!зних аспект!в транспортного планування з використанням ПЗ PTV Vissim. Зокрема в робот! [6] PTV Vissim використано для дослвдження ефективносп !нженерно-плануваль-них елемент!в розв'язок на р!зних р!внях, а саме м!сць примикання л!воповоротних з'!зд!в до прямого мапстраль-ного напрямку.
Формулювання мети дослщження
Це дослщження мае на мет оцшити пропускну спроможнiсть перехрестя вул. В. Чорновола та бул. Шевченка м. Черкаси в надзвичайних ситуацiях пiд час военного стану в Укра!ш методом транспортного моделювання з використанням ПЗ PTV Vissim.
Викладення основного матер1алу досл1дження
Нами була побудована модель перехрестя, яке працюе в звичайному режимi. Вимiрювання транспортних потоков проведено з врахуванням !х змiн в умовах военного стану.
Змодельовано двi критичш ситуацп, а саме: ввдключення свилофорного регулювання у випадку аварiйних ввд-ключень електроенерги та рiзке збшьшення потоку автомобiлiв у випадку оголошення евакуаци або стихiйного збiльшення потоку транспортних засобiв.
На рисунку 1 представлено супутниковий знiмок (датований листопадом 2021 року) та картографiчне зобра-ження, отриманi з сервiсу «Карти Google» дослвджуваного перехрестя вул. В. Чорновола та бул. Шевченка у м. Черкаси.
За допомогою програмного комплексу PTV Vissim, створено iмiтацiйну модель дослвджуваного перехрестя (рис. 2). Для максимально точно! побудови моделi на мющ було проведено наступш вимiрювання:
- обчислення кшькосл та розташування паркомiсць;
- вимiрювання фактично! ширини та розташування смуг руху;
- вимiрювання розташування елеменпв дорожньо! розмiтки, таких як стоп-лшп, точки розгалуження смуг;
- визначення тривалостi тактiв свiтлофорного циклу;
- визначення напряму руху та штенсивносп потокiв ТЗ та пiшоходiв в ранкову годину пiк.
Оргашзащя руху громадського транспорту в моделi здiйснювалась з допомогою сервiсу EasyWay [7].
На рисунку 2 представлено розроблену модель в 2D режимi з включеною видимiстю всiх об'екпв. Для спро-щення пояснень до рисунку напрямки руху з та до перехрестя позначен вiдповiдно цифрами ввд 1 до 4. Серед особливостей перехрестя в моделi враховаш наступнi:
- три зупинки громадського транспорту у безпосереднш близькостi до перехрестя;
- три стоянки автомобшв на 52 паркомюця сумарно;
- свплофорне регулювання з трифазною оргашзашею (двi фази дозволяють рух ТЗ в одному напрямку по бульвару Шевченка i одна - в обох напрямках по вул. В. Чорновола) тривалютю повного циклу 90 секунд;
- наявшсть лiнiй тролейбусно! контактно! мереж1 вздовж бульвару Шевченка та в напрямку 3 вул. В. Чорновола.
- у зв'язку з обмеженням в наявнш лщензп ПЗ до 30 пiшоходiв в мереж! одночасно, шшохщш зони обмежеш безпосередньо бшя зупинок громадського транспорту та шшохвдних переходiв.
На рисунку 3 показана побудова циклограми свилофорного регулювання.
Вщповвдно до отриманих даних про склад потоков транспортних засобiв, особливютю м. Черкаси е наявшсть досить значно! кшькосп вантажних мiкроавтобусiв та використання в якосп громадського транспорту пере-важно автобуав малого класу. Однак в стандартнш бiблiотецi PTV Vissim под!6ш транспортш засоби вщсутш Для додавання необхвдних транспортних засобiв було використано вщкриту бiблiотеку 3D Warehouse - SketchUp (рис. 4, 5) [8].
На рисунку 6 показано стоп кадр процесу iмiтацi! перехрестя в програмному комплексi PTV Vissim в режимi 3D представлення. Анiмацiя роботи перехрестя дозволяе оцшити вщповвдшсть поведiнки транспортних засобiв у моделi до реального !х руху, виявити можлив! помилки в моделi та виправити !х.
Рис. 1. Загальний вигляд перехрестя вул. В. Чорновола - бул. Шевченка, м. Черкаси
И Hart lii-w-Si^il Cíinídlti i J
File fi íl ^ l^i*
PM.3.np0rpaMacBÍ^0№rHa№H^npMTp0iB
Для проведення iмiтaцiï сценaрiю вимкнення електроживлення в резyльтaтi атак на енергетичнy шфраструк-туру необxiдно внести змши в нaлaштyвaнняxрозроблено1' модел! А саме: видалити свiтлофорнi об'екти та марш-рути громадського трaнспортy для тролейбyсiв. Також для пвдвищення достовiрностi моделi потрiбно врaxyвaти, що вiдключення в зимову пору року часто вщбуваються в темний час доби i за вщсутносп вуличного освiтлення погiршyeться видимiсть на переxрестi, що в свою чергу призводить до зменшення середньо1' швидкостi рyxy авто-мобiлiв(рис.7).
На рисунку 8 показано стоп кадр процесу iмiтaцiï переxрестя при вiдсyтньомy електроживленнi свiтлофорiв та тролейбусно!' мереж1.
pm. 4. Вантажш мжроавтобуш
Pиc. 5.Автобуcимaлого клacу длямеревезення маеажир1в нaмicьких комерцшнихмаршрутах
Pиc. 6. 3D вигляд ctom кадру iмiтaцïi мерехреcтя в мрограмному коммлека PTV Vissim
Рис.7. Графкии розподшу бажано!' швидкоот1 легкових автомобиле за нормального освоения (зл!ва) та у випадку i^j^^i^^j^^y (оправам)
Рис.8.3Dвигляд стопкадруiмiтащl перехрестяувипадкублекауту
Для проведення iмiтацil сценарш евакуаци населения необхiдно внести наступш змiни до моделi:
- видалити свiтлофорнiоб'eкти,оскiльки iснуeвелика iмовiрнiсть,щобудевiдсутнeелектропостачання;
- видалити вс маршрути громадського транспорту;
- виходячи з припущення, що евакуащя ввдбуваеться в напрямку 4 (рис. 2), який е найближчим вщ перехрестя вш'здом з мiста по бульвару Шевченка, необхiдно змiнити навантаження вхiдних потоков транспортних засобiв та перерозподшити ввдносне навантаження рiзних маршрупв цих потоков шляхом збiльшення шлькосп транспортних засобiв, як1 рухаються в напрямку 4 з напрямшв 1 i 2 (з найбшьш населених центру мiста та мжрорайону Митниця) та зменшення до мшмуму кiлькостi ТЗ в iнших напрямках (як1 переважно мають складатись з службо-вого та спецiального транспорту).
- змшити склад транспортних засобiв, що рухаються в потоках, а саме збiльшити вiдносну кiлькiсть автобу-сiв, як1 будуть задiянi для евакуаци громадян.
На рисунку 9 показано стоп кадр iмiтацil перехрестя в умовах зб№шено! в 10 разiв iнтенсивностi потоков з напрямiв 1 i 2 ввдносно нормальних умов.
Шгпнаи
НИМ
Мшнш тС*»:
ЗМмДтй ^ПЮП \ц*Я (ЬгапткпсУ мяг_
КиЧ Цщ-оам^всчги!! юг.
Рис. 9. 3D вигляд стоп кадру iмiтащl перехрестя у випадку сценарш евакуащТ
Програмний комплекс PTV Vissim мае вбудоваш можливостi для всебiчного аналiзу характеристик модельо-ваних транспортних систем. 1снуе можливiсть отримати результати поведшки як окремих транспортних засобiв та пiшоходiв так1 i класiв ТЗ або вах ТЗ в змодельованому середовищi.
Для досягнення мети дослщження було обрано середнi показники за весь час моделювання по вам ТЗ, яш прийняли участь в iмiтацil рiзних сценарпв на перехрестя В таблицi 1 наведено значення часу затримки, кiлькостi та часу зупинок ТЗ i !х середня швидшсть.
Таблиця 1
Результата анал1зу1мп,ащТ перехрестядляр i3H^ сценарии
Нормальний режим Режим блекаут Режим евакуащя
Час назримки в керою, с 1(7703 37,22 0 59,477
Середня кшьккть зупинок ТЗ 2,731 2,496 5,517
Час затримки за рахунок зупинок, с 32,034 19,831 25,746
Середня швидкють вс1х ТЗ, км/ год 15,953 17,652 16,217
Картограма ввдносного часу затримки (середне значення за вама ТЗ) показана на рисунку 10.
Uppe... Col
MIN 0,100 □
0,100 0,200 □
0.200 0,300 □
0,300 0,400 □
0,400 0,500 Щ
0.500 0,600 Д
0,600 0,7001
0,700 0,800 Щ
0.800 0,900 Щ
0.900 1,000 В
1,000 ми[]
Норкальний режим Режим блекаут Режим евакуащя
Рис. 10. Картограма ввдносного часу затримки (середне значення за вама ТЗ)
для рiзциx сцен арив
Висновки
В результат! !м!тацшного моделювання перехрестя вул. В. Чорновола - бул. Шевченка, м. Черкаси можна зробити наступш висновки:
- юнуюча оргашзащя перехрестя при ввдключенш електроенергп не призводить до виникнення критичних затор1в i зменшення пропускно! здатносп перехрестя за юнуючо! штенсивност! руху транспорту. Винятком е напрям 3 по вул. В. Чорновола. Це можна пояснити вщсутшстю пов1льних габаритних тролейбуав на пере-хресп, а також обмеженням доступно! лщензп у 10 хвилин моделювання. Також не враховуеться можлив!сть порушень правил учасниками дорожнього руху;
- у випадку зростання !нтенсивност! руху з двох напрям!в до 10 раз!в середнш час затримки ТЗ на перехресп зростае приблизно на 20% ввдносно нормального режиму роботи перехрестя. При цьому суттево зменшиться пропускна здатшсть напрямку 1. Однак загалом перехрестя не блокуеться заторами та залишаеться прох!дним. Под!бно до попереднього сценарш зростання !нтенсивност! руху компенсуеться вщсутшстю тролейбус!в та !ншого громадськоготранспорту,атакож вщсутшстю зупинок насв!тлофор!.
В подальшому для пвдвищення достов!рност! отриманих результат!в плануеться використати академ!чну л!ценз!ю програми, що дозволить перев!рити отриман! дан! на бшьшому !нтервал! часу, а також врахувати мож-лив!сть порушень правил дорожнього руху вод!ями.
СписоквикористаноТлггератури
1. Указ Президента Украши Про введення военного стану в Украш 24.02.2022. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/64/2022#n2. (датазвернення:30.06.2023).
2. Кодекс цившьного захисту Укра!ни. URL: https://zakon.rada.gov.Ua/laws/show/5403-17#Text. (дата звернення: 30.06.2023).
3. Kucera T., Chocholac J. Design of the City Logistics Simulation Model Using PTV VISSIM Software. Transportation Research Procedia. 2021. Vol. 53. P. 258-265. URL: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.02.033 (date of access: 01.07.2023).
4. Parameters Influencing Lane Flow Distribution on Multilane Freeways in PTV Vissim / C. M. Weyland et al. Procedia Computer Science. 2021. Vol. 184. P. 453-460. URL: https://doi.org/10.1016/j.procs.2021.03.057 (date of access: 01.07.2023).
5. Emergency traffic distribution and related traffic organization method under natural disasters / X. Ma et al. Sustainable Operations and Computers. 2022. URL: https://doi.org/10.1016/j.susoc.2022.09.001.
6. Транспортне моделювання як один 1з метсдав оцшки ефективност1 шженерно-планувальних елеменпв розв'язок в р1зних р1внях. / Осетрин М., Беспалов Д., Дорош М., Тарасюк В. // Мктобудування та територ1альне планування, (70), 2019 417-430. https://doi.org/10.32347/2076-815x.2019.70.417-430
ч /
V/ \
/
>
7. EasyWay. URL: https://www.eway.in.ua/ua/cities/cherkasy. (дата звернення: 30.06.2023).
8. 3D Warehouse - SketchUp. URL: https://3dwarehouse.sketchup.com/. (дата звернення: 30.06.2023).
References
1. Decree of the President of Ukraine On the introduction of martial law in Ukraine 02/24/2022. Official Website of the Parliament of Ukraine. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/64/2022#n2
2. Code of Civil Protection of Ukraine. Official Website of the Parliament of Ukraine. https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/5403-17#Text
3. Kucera, T., Chocholac J. (2021). Design of the City Logistics Simulation Model Using PTV VISSIM Software. Transportation Research Procedia, 53, 258-265. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.02.033
4. Weyland, C. M., Baumann, M. V., Buck, H. S., & Vortisch, P. (2021). Parameters Influencing Lane Flow Distribution on Multilane Freeways in PTV Vissim. Procedia Computer Science, 184, 453-460. https://doi.org/10.1016/j.procs.2021.03.057
5. Ma, X., Guo, H., Tang, X., Gao, X., & Wang, X. (2023). Emergency traffic distribution and related traffic organization method under natural disasters. Sustainable Operations and Computers, 4, 1-9. https://doi.org/10.1016/j.susoc.2022.09.001
6. Osetrin, M., Bespalov, D., Dorosh, M., & Tarasiuk, V. (2019). Transport modeling as one of the methods of evaluating the efficiency of engineering and planning elements of junctions at different levels. Urban planning and territorial planning., (70), 417-430. https://doi.org/10.32347/2076-815x.2019.70.417-430
7. EasyWay. EasyWay. https://www.eway.in.ua/ua/cities/cherkasy
8. 3D Warehouse. SketchUp. https://3dwarehouse.sketchup.com/
