Распределение интервалов в транспортном потоке при организации координированного управления движением

Филиппова Дарья Михайловна; Черняго Анна Борисовна; Слободчикова Надежда Анатольевна

УДК 656.142

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ В ТРАНСПОРТНОМ ПОТОКЕ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ КООРДИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Объектом координированного управления движением транспортных средств является транспортный поток. Распределение интервалов в транспортном потоке - одна из важнейших характеристик, т.к. определяет возможность применения координированного управления, длительность зеленого сигнала, расстояние между перекрестками и т.д. В статье рассмотрена необходимость уточнения характера распределения интервалов в транспортном потоке в зависимости от удаленности от предыдущего регулируемого перекрестка. Ил. 2. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: транспортный поток; распределение интервалов в транспортном потоке; координированное управление движением.

INTERVAL DISTRIBUTION IN TRAFFIC FLOW UNDER ORGANIZATION OF COORDINATED TRAFFIC CONTROL D.M. Filippova, A.B. Chernyago, N.A. Slobodchikova

Irkutsk State Technical University,

1Филиппова Дарья Михайловна, студентка, тел.: 89041371504. Filippova Darya, Student, tel.: 89041371504. 2Черняго Анна Борисовна, студентка, тел.: 89086461981. Chernyago Anna, Student, tel.: 89086461981.

3Слободчикова Надежда Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, тел.: 671417, e-mail: Nslobodchikova@rambler.ru

Slobodchikova Nadezhda, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 671417, e-mail: Nslobodchikova@rambler.ru

172

ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The object of the coordinated control of vehicle movement is traffic flow. One of the most important characteristics is interval distribution in the traffic flow since it determines the possibility of coordinated control, green signal duration, the distance between intersections, etc. The article considers the necessity to specify the nature of interval distribution in the traffic flow depending on the distance from the previous controlled intersection. 2 figures. 5 sources.

Key words: traffic flow; interval distribution in traffic flow; coordinated traffic control.

В последние десятилетия в городах России наблюдается стремительный рост числа автовладельцев, что приводит к значительному повышению интенсивности движения на городских дорогах и улицах. Существующая улично-дорожная сеть (УДС) исторических районов городов России не предназначена для интенсивного потока транспорта. В связи с этим на городских улицах и дорогах в час пик образуются заторы, скопления большого количества транспортных средств на перекрестках, затруднео движение, что, в свою очередь, ведет к дорожно-транспортным происшествиям, загрязнению городской среды отработавшими газами, увеличению себестоимости автомобильных перевозок и т.д.

Особенно остро эта проблема проявляется в узловых пунктах УДС, пропускная способность которых определяет производительность всей транспортной системы. Здесь увеличиваются транспортные задержки, образуются очереди и заторы, что вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств. На территории города свыше 20% ДТП приходится на перекрестки [4].

В целях решения этой проблемы используются различные средства регулирования пересечений для свободного и бесконфликтного расхождения транспортных средств по разным направлениям, такие как:

дорожная разметка, дорожные знаки и светофорное регулирование. На графике представлено обоснование использования светофорного регулирования на основе интенсивности движения главной и второстепенной дорогам [5].

Для обеспечения наиболее эффективной работы технических средств регулирования применяют организацию согласованной смены сигналов на группе перекрестков, осуществляемую в целях уменьшения времени движения транспортных средств в заданном районе. Речь идет о координированном управлении, или управлении по принципу «зеленой волны»: транспортные средства, следуя по маршруту, прибывают к очередному перекрестку в тот момент, когда на нем в данном направлении движения включается зеленый сигнал.

Для организации координированного управления необходимо выполнение следующих условий [4]:

а) наличие не менее двух полос движения в каждом направлении;

б) одинаковый или кратный цикл регулирования на всех перекрестках, входящих в систему коордит-нации;

в) транзитность потока не менее 70%;

г) расстояние между соседними перекрестками не должно превышать 800 м.

£

а

о

in Я

К

s

m к

I Я

¥ 5

£ «J

II

800 700600500400300200100-

0

Н ереа л ьностъ соб ыти я: /

интенсивность на /

второстепенной улице /

больше, чем на главной /

Использование

светофорных объектов

/ Использование

/ нерегулируемых

/ пересечений

0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Интенсивность движения на главной улице (оба направления), авт/ч

Рис. 1. Условия использования различных видов организации дорожного движения на пересечениях

Первое условие связано с необходимостью безостановочного движения транспортных средств с расчетной скоростью и своевременного прибытия к очередному перекрестку. Задержка транспортных средств в пути приведет к нарушению процесса координированного управления, так как увеличение времени движения на перегонах способствует прибытию автомобиля к перекрестку с опозданием (в период действия запрещающего сигнала). При узкой проезжей части вероятность задержки в пути повышается, так как затруднен объезд возможных препятствий на дороге (остановившихся у тротуара автомобилей, остановочных пунктов общественного транспорта).

Одинаковый или кратный цикл на всех перекрестках обеспечивает необходимую периодичность смены сигналов, сохранение расчетного сдвига включения фаз, разрешающих движение вдоль маршрута координации.

Требование к транзитности потока - это преобладание на рассматриваемой магистрали потоков прямого направления. Интенсивные потоки с магистрали (и на магистраль) ухудшают эффективность координированного управления.

Ограничение, накладываемое на длину перегона, связано с процессом группообразования в транспортном потоке. Группа автомобилей образуется при разъезде очереди, скопившейся в ожидании разрешающего сигнала светофора. В начале перегона непосредственно за перекрестком интенсивность такой группы близка к потоку насыщения. В процессе движения группы начинается ее распад из-за различ-

ных скоростей движения транспортных средств, составляющих эту группу. Разброс скоростей обусловлен разнородностью состава транспортного потока, а также влиянием индивидуальных особенностей водителей. Автомобили с более высокими скоростями перемещаются в головную часть группы, медленно движущиеся автомобили - в ее конец или отстают от группы. Этот процесс прогрессирует по мере удаления группы от предыдущего перекрестка, время проезда группы мимо неподвижного наблюдателя увеличивается, ее средняя интенсивность движения падает.

Объектом координированного управления является транспортный поток, к характеристикам которого относятся: интенсивность, скорость, состав потока, интервалы в потоке и некоторые другие показатели.

На рис. 2 представлен пространственно-временной график характеристик транспортного потока. По оси ординат отложено расстояние, по оси абсцисс - время, а i - это количество автомобилей. График демонстрирует движение потока автомобилей, изменение временных интервалов и расстояний между автомобилями.

Знание интервалов времени и расстояний между последовательными автомобилями иногда более важно, чем знание интенсивности или плотности потока, поскольку оно более полно отражает истинный характер транспортного потока. Интервалы времени и расстояния между последовательными автомобилями являются теми «кирпичиками», на которых построен весь транспортный поток. Данные характеристики

Рис. 2. Параметры, характеризующие движение на одной полосе дороги: ш -скорость; si -расстояние между автомобилями; М - интервал времени между автомобилями

определяют возможность применения координированного управления, длительность зеленого сигнала на последующем перекрестке, расстояние между перекрестками и т.д. Причем характер распределения интервалов будет изменяться в зависимости от удаленности от предыдущего регулируемого пересечения. В начале перегона непосредственно за перекрестком автомобили движутся группами («пачками»), в процессе дальнейшего движения «пачки» распадаются из-за различия в скорости движения транспортных средств. Групповая форма транспортных потоков имеет большое значение при организации координированного управления. Чем короче расстояние между перекрестками, тем меньше вероятность распада «пачки», и тем меньше времени требуется для ее пропуска на следующем перекрестке. При увеличении временного размера «пачки» в процессе ее распада необходимо увеличивать длительность разрешающего сигнала на следующем перекрестке, что, соответственно, приведет к увеличению запрещающего сигнала конфликтующего направления; или необходимо пропускать только часть «пачки», задерживая входящие в ее состав медленно движущиеся автомобили. Эксперименты, поставленные некоторыми исследователями [2], показывают, что более подходящим для описания временных интервалов внутри пачек является нормированное распределение Эрланга:

Р)=Я^ [л{к + ^Пх{к +^ (1)

к

с математическим ожиданием

м=Я;

с дисперсией

ок

1

Я2( к +1)

(2)

(3)

Уменьшение Я и К по мере удаления пачки от перегона хорошо аппроксимируется экспоненциальной зависимостью

Я(4)=Я+(Яшс -Яс)ь Нь; (4) _ к = [ Кс +(кнас -Кс], (5) где Я - средняя интенсивность движения по всему потоку; Янас - интенсивность внутри пачки при выходе её с перекрёстка; Ьи - расстояние пачки от перекрёстка; к - максимальный порядок распределения Эрланга для пачки, только что вышедшей с перекрёстка; к - порядок распределения Эрланга по потоку после окончательного распределения и слияния пачек; Н, Н - коэффициенты распадения пачек для

Яп(1п) и к; в квадратных скобках - целая часть выражения.

При полном распаде «пачек», автомобили движутся свободно, распределение интервалов в транспортном потоке близко к экспоненциальному, число прибытий транспортных единиц потока в некотором интервале во времени или пространстве описывается законом Пуассона [3].

Следует отметить, что указанные исследования были проведены в 80-90-х гг. прошлого века, и на данный момент требуют уточнения. Прежде всего, это вызвано значительным ростом уровня автомобилизации городов, изменением динамических характеристик автомобилей, изменением состава транспортных потоков и т.д.

Таким образом, нами поставлена задача уточнения четвертого условия введения координированного управления движением. Для решения поставленной задачи необходимо выполнить исследования по определению:

- расстояния от регулируемого пересечения, на котором начинается процесс распада пачки;

- расстояния от регулируемого пересечения, на котором пачка полностью распадется;

- характер распределения интервалов в транспортном потоке на указанных участках перегона.

1. Волкова Е.В. Оценка рыночной стоимости ущерба от повреждения транспортного средства в результате ДТП. Сборник по материалам Всерос. науч.-практ. конф. «Экспертиза и управление недвижимостью: состояние, проблемы, перспективы». Иркутск: ИрГТУ, 2007.

2. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972.

3. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая ста-

Библиографический список

тистика: учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 543 с.

4. Кременец Ю.А., Печерский М.П., Афанасьев М.Б. Технические средства организации дорожного движения: учебник для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. 279 с.

5. Левашов А.Г., Михайлов А.Ю., Головных И.М. Проектирование регулируемых пересечений: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 208 с.

INTERVAL DISTRIBUTION IN TRAFFIC FLOW UNDER ORGANIZATION OF COORDINATED TRAFFIC CONTROL

Текст научной работы на тему «Распределение интервалов в транспортном потоке при организации координированного управления движением»