Научная статья на тему 'Потенциал дороги, транспорта и организации безопасного движения'

Потенциал дороги, транспорта и организации безопасного движения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
225
73
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
дорожный потенциал / транспортный потенциал / организация дорожного движения / безопасность дорожного движения / интенсивность / скорость / плотность / напряженность / инерционность
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Гук В. И., Азацкий А. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Elements of a transport corridor system have been considered. Road and transport potentials, and road safety management on the basis of interrelationships between transversal (intensity) and longitudinal (speed) variables have been described. Road traffic management is considered as external working capacity of a system (ехergy), which determines traffic safety on the basis of cause-and-effect relationships

Текст научной работы на тему «Потенциал дороги, транспорта и организации безопасного движения»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.