CC BY
74
УДК 38(07)
ПОТЕНЦИАЛ ДОРОГИ, ТРАНСПОРТА И ОРГАНИЗАЦИИ БЕЗОПАСНОГО ДВИЖЕНИЯ
В.И. Гук, профессор, Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, А.Н. Азацкий, первый зам. нач., Управление ГАИ ГУВД Украины в Харьковской области
Аннотация. Рассматриваются элементы системы «транспортный коридор» и на основе взаимосвязи поперечной (интенсивности) и продольной (скорости) переменных транспортного потока описываются потенциалы дороги, транспорта и организации безопасного дорожного движения. Организация дорожного движения раскрывается как внешняя работоспособность системы (эксергия), причинно-следственные связи в которой определяют безопасное движение.
Ключевые слова: дорожный потенциал, транспортный потенциал, организация дорожного движения, безопасность дорожного движения, интенсивность, скорость, плотность, напряженность, инерционность.
Введение
Главный элемент транспортного коридора -дорога - представляет собой сложное инженерное сооружение, предназначенное для безопасного передвижения различных участников движения, а именно: грузового автомобильного транспорта, пассажирского индивидуального и массового автотранспорта, двухколесного (мотоциклы, мотороллеры, велосипеды), гужевого транспорта и пешеходов. Причем для каждого вида транспорта и передвижения необходимо предусматривать свою полосу и защиту от других участников движения. Дорога в коридоре имеет своё выделенное пространство. Это очень дорогое сооружение и в строительстве, и в эксплуатации, но дорога обладает огромным народно-хозяйственным потенциалом, так как способна обеспечить быстрое передвижение грузов и пассажиров. Геометрические размеры поперечного и продольного профилей, план трассы определяются перспективными размерами транспортного потока, в который в процессе движения объединяются все участники дорожного движения, а также расчетной скоростью наиболее быстроходного индивидуального автомобильного транспорта.
Однако уже новые марки грузовых автомобилей и автобусы не уступают по своим скоростным качествам индивидуальным автомобилям.
Анализ публикаций
Теоретические положения [1] «старт-стоп» развиваются для прикладного применения.
Цель и постановка задачи
Повысить безопасность дорожного движения и работоспособность дорог на основе новых научных обоснований в организации дорожного движения уже на стадии проектирования дорог.
Решение задачи
Потенциал или возможность дороги обеспечить безопасное движение автотранспорту максимален, когда дорога еще пуста, и равен нулю при заторе. Автомобили стоят. Учитывая, что интенсивность потока - это характеристика сечения дороги, а скорость - характеристика пространства, потенциал дороги описывается взаимосвязью между интенсив-
ностью N (авт/ч) и его скоростью V (км/ч). Причем это на участках дороги, где скорость движения в основном изменяется только под влиянием плотности Q (авт/км) [1, 2]
N=QV. (1)
На участках дороги, где скорость изменяется во времени, т.е. dV/dt (торможение, разгон), имеют место переходные режимы движения транспортных потоков под воздействием инерционности потока J (авт.ч/км),
N=JdV/dt, (2)
которая подчеркивает, что скорость изменяется не мгновенно, а постепенно.
Поскольку произведение V0Qm есть интенсивность транспортного потока на уровне пропускной способности, необходимо учесть два вида интенсивности: интенсивность как поток транспорта за время (автомобиль/время) и интенсивность как «количество потока» (автомобили) внутри отрезка времени (минуты, 5 минут, 10 минут, 15 минут ... часа). Отношение скоростей V/V0 характеризует ускорения в потоке, а отношение Q/Qm - замедление движения. Данные отношения входят в оценку уровней удобства движения [4]. В то же время пропускная способность полосы движения протяженностью в 1 километр из (4) равна
N,=0,125 ^0От . (5)
Возникновение переходных режимов при массовом дорожном движении на участках дороги, где расчетная скорость ниже заданной, и нужно тормозить или разгоняться, приводит к потере управляемости транспортным средством, т.е. к ДТП. Поэтому переходные режимы движения, заложенные в проекте дороги, становятся объективной причиной аварийности.
На участках дорог с различными условиями движения интенсивность транспортного потока уже зависит от количества пройденных потоком километров при постоянных значениях скорости
jVdt, т.е.
N=U jVdt, (3)
где U - удельная интенсивность или интенсивность отнесенная к длине участка дороги (авт/ч. км) [1, 2]; Vdt - пройденный путь L (км, м) за время dt.
Выполняя необходимые преобразования зависимости (2), согласно [1, 2], получим математическое описание дорожного потенциала Ед для одной полосы движения
Eд = 0,5§VoQm (1 - ^)(1 - О-), (4)
°т
где 3 - единичная длина полосы движения, км; V0 - скорость свободного движения, км/ч; От - плотность при заторе, авт/км.
Из уравнения (5) видно, что увеличить пропускную способность километрового участка одной полосы дороги возможно при увеличении скорости свободного движения, когда автомобили не мешают друг другу, но влияет состояние дороги, а в проекте - размеры расчетной скорости. Их несоответствие приводит к ДТП [3]. Влияние плотности при заторе на Nm не столь значительно и зависит от длины автомобилей и запасного расстояния между ними.
С увеличением количества транспортного потока на проезжей части дорог начинает возрастать потенциал транспортного потока по перевозке пассажиров и грузов, который зависит от координатного расположения автомобилей и легко определяется из значений динамического габарита [1]
Ет = 0,5 и (х„- 3х,л)\ (6)
где х - координаты п-го и п+1 автомобилей; х„+1 = 1а или длине автомобиля; и - удельная интенсивность.
Пространство, которое занимает один автомобиль в движении, равно 31а, т.е. трем его длинам. Преобразуя, согласно [1, 2], зависимость скорости V от изменения интенсивности во вре ме ни найдем
Ет = 0,5V(3)2 (Хп - 32Хп+1) .
Хп
При нахождении транспортного потенциала Ет необходимо учитывать зависимость скорости автомобилей от их количества на дороге
V= 8^ (8)
где 8 - динамический габарит, Б=1/О (км/авт).
Особое влияние на скорость автомобилей оказывает изменение интенсивности во времени, которое наиболее ощущается на въездах в часы «пик» и вызывает волны падения скорости и, соответственно, рост аварийности
V = С
dN
(9)
где С - напряженность в транспортном потоке С=1/и (км.ч/авт).
Объединение автомобилей в группы и скорость движения группы или количества потока описывается зависимостью скорости от их суммы
V = -11 Ndt, (10)
где и =В - быстротечность движения на километре пути группы автомобилей (км/авт.ч); Ndt = X (авт) - количество потока за время dt (с, мин, ч) [1].
Объединение автомобилей потока в быстроходные группы позволяет резко повысить пропускную способность дороги или общую внешнюю работоспособность транспортного коридора как системы, включающей «дорогу - поток автомобилей - окружающую среду». Внешняя работоспособность системы -это эксергия [1, 2] или организованное движение, т.е. потенциал организации дорожного движения
Е=Ед+Ет
(11)
Именно организация дорожного движения позволяет совершенствовать дороги, повышать их пропускную способность и управлять движением автомобилей исходя из требований безопасности и эффективности.
Суммируя дорожный и транспортный потенциалы, находим эксергию указанной выше системы, но уже в виде «дорога - поток -организация движения»
Е = М^От (1 - ^ )(1 -%~).
К,
От
(12)
За счёт организации дорожного движения пропускная способность одной полосы может достичь высокого уровня и равна
Nm=0,25QmV0
(13)
В то же время с позиции максимального обеспечения безопасности дорожного движения при проектировании дорог необходимо стремиться полностью изолировать автомобили от возможностей: даже при плохом состоянии водителя, при «лысой» резине и неудовлетворительных тормозах автомобилей, на скользкой дороге и в темное время суток - выехать с проезжей части на встречное движение или за обочину. Т.е. установка ограждающих барьеров безопасности по бокам одностороннего движения обязательна. Краевые полосы от ограждений наносятся как у разделительной полосы, так и у обочины соответствующей яркой, желтой краской, с обязательной установкой отражающих свет кнопок улучшенной конструкции. Чёткое разделение проезжей части на полосы движения светоотражающей разметкой и установка над проезжей частью знаков о разрешенных размерах скорости движения над каждой полосой обязательны.
Равнозначные размеры скорости движения для всех полос приводят к обгонам и справа, и слева, к блужданию автомобилей по полосам, к возникновению неустойчивого движения из-за частого изменения скорости ±dV / dt и как результат - к высокой вероятности возникновения ДТР. Кроме знаков, ограничивающих скорость движения на опасных участках дороги, необходимо проектировать установку «лежащих полицейских» соответствующих размеров (1,5 - 2 метра шириной и 5 см высотой) и обязательной покраской, что бы было видно их из далека. Всё это позволит планировочными методами уже в проектах автомобильных дорог заложить надёжное принуждение водителей к движению с безопасной скоростью.
Особое значение в создании безопасного движения при высокой пропускной способности улиц и дорог имеет канализование пересечений, примыканий, съездов и въездов с устройством дополнительных полос для рас-
пределения автомобилей потока по направлениям движения. Здесь не достаточно только разметки, нужны приподнятые на бордюр разделительные полосы, соответствующий расчет накопительных полос, где должны разместиться автомобили, поступающие к пересечениям за расчетное время. Кроме того, в зоне подходов к пересечениям резко проявляется влияние таких характеристик транспортных потоков как напряженность С(^ и инерционность J(V). Поэтому, управляя скоростью потока, необходимо учитывать, что интенсивность будет изменяться по следующему закону
_dN N X
C-----+ — + — = V(t).
dt Q J
(14)
В то же время скорость автомобилей V ^) и их расположение в потоке х^) под влиянием изменения интенсивности в «пиковые» часы (утром, днем и вечером) N ^) будут изменяться по закону [1, 2]
J— + QV + — = N(t). (15)
dt^C
Решение уравнений (14) и (15) позволяет раскрыть причинно-следственные связи, возникающие в транспортном потоке, управлять изменением его состояния и поддерживать высокую степень безопасности. Ведь движение транспортного потока - это изменение его состояний.
Выводы
Таким образом, раскрытые выше потенциалы дороги, транспортного потока и организации дорожного движения с обобщенными уравнениями состояний позволяют уже на стадии проектирования автомобильных дорог и автомагистралей города закладывать высокую степень безопасности дорожного движения для современных насыщенных транспортных потоков.
При этом создана новая научная база для совершенствования существующих нормативов на проектирование улиц, дорог и организации дорожного движения.
Литература
1. Гук В.И. Элементы теории транспортных
потоков и проектирования улиц и дорог: Уч. пособие. - К.: УМК ВО, 1991. -254 с.
2. Гук В.1., Очеретенко С.В. Теорiя насиче-
них транспортних потоюв: Монографiя. - Х.: ХНАДУ, 2009. - 260 с. For Microsoft. Windows.
3. Справочник по безопасности дорожного
движения. - Осло-Москва-Хельсинки. 2001. - 700 с.
4. HIGHWAY CAPACITY MANUAL For
Microsoft. Windows. HCM 2000 U.S. CUSTOMARY Transportation Research Board. www.TRB.org.
Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 1 апреля 2009 г.
