CC BY
19
Хакимов Ш.К., к.т.н.
доцент ТРТрУ Саматов Р.Г., PhD.
ТРТрУ Ражапова С.С. старший преподаватель
ТРТрУ Абдураззакова Д.А. старший преподаватель
ТРТрУ Абдусаматов Э. ассистент ТРТрУ Абруев Ш. ассистент ТРТрУ
СНИЖЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПУТЁМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕКРЕСТКА
Аннотация: В данной статье приведены результаты разработки модели перекрестки с помощью симуляционной программы PTV VISSIM. Выбран один из проблемных перекрестков в городе Ташкент и для симуляции перекрестка исследован транспортный поток в часах пика по загруженности. В статье рассмотрены две решении снижения количества токсичных газов и расхода топлива. Первое решение представляет снижение через оптимизации фаз светофора и изменении цикла регулировки перекрестка. Второе решение представляет снижение через изменения геометрических параметров перекрестка. После применения двух решений оценочный показатель уровня обслуживания на перекрестке LOS повысился от уровня F на В.
Ключевые слова: модель перекрестки, симуляционная программа, транспортный поток, час пик, токсичны газы, расхода топлива, фаза регулирования, цикл регулирования, уровень обслуживания на перекрестке.
Khakimov Sh.K., candidate of technical scinces
associate professor TSTU
Samatov R.G., PhD.
TSTU Razhapova S.S.
senior lecturer TSTU
Abdurazzakova D.A. senior lecturer TSTU Abdusamatov E. assistant TSTU Abruev Sh. assistant TSTU
REDUCING VEHICLE EXHAUST GASES BY COMPUTER SIMULATION OF THE ROAD INTERSECTION
Annotation: This article presents the results of developing an intersection model using the PTV VISSIM simulation program. One of the problematic intersections in the city of Tashkent was selected and the traffic flow at peak hours according to congestion was studied to simulate the intersection. The article discusses two solutions to reduce the amount of toxic gases and fuel consumption. The first solution represents a reduction through the optimization of traffic light phases and a change in the junction control cycle. The second solution represents the reduction through changes in the geometrical parameters of the intersection. After applying the two solutions, the level of service LOS at the intersection improved from F to B.
Key words: intersection model, simulation program, traffic flow, rush hour, toxic gases, fuel consumption, regulation phase, regulation cycle, service level at the intersection.
Введение
В последные годы количество автомобилей увеличено в 2-3 раза и на улицах города каждый день ездуют около 700-800 тысяч автомобилей. Помимо создания заторов они становяться причиной ухудшения экологии, безопасности пешеходов и пассажиров. Но общественный транспорт и дорожная инфрасруктура города не может отвечать данным проблемам соответствующим образом. В городе не хватают надземных и подземных пешеходных переходов и автостоянок. Также в городе имеются более 500 больших перекрестков и в 200х из них пропускная способность транспортных средств низкая.
Загрязнение атмосферы эксплуатируемыми автомобилями очень высокое, например, при употреблении одним автомобилем 10-12 литра бензина в атмосферу выделяется 25 кг разных вредных химических соединений. Один автомобиль за год потребляет около 4 тонны кислорода
2]. Выхлопной газ двигателя включает более 500 вредных органических соединений как, монооксид углерода (СО), карбонат ангидрид (CО2), оксид азота ^О), углеводороды (НС), летучие органические компоненты (УОС) и т.д. Всё это становится причиной ухудшения здоровья людей и глобального потепления во всем мире [1]. Оптимальная организация работы светофоров на перекрестках снижает эти выбросы. Пробки на дорогах являются источниками вредных выбросов. Исследования показывают, что больше всего от этого пострадают водители, пассажиры и люди, живущие вблизи автомобильных дорог. Иногда их воздействия заканчиваются фатальным исходом. С 2019 года компания Яндекс в Узбекистане начала информировать о заторах в городе. После 11 месяцев работы компания подвела итоги года и определила, как меняются пробки в городе Ташкент. Средний показатель пробки изменился от 4,5 балла в августе до 5,8 балла в апреле. Если самое удобное время в году для владельцев автомобилей лето, то самое сложное время является утреняя пробка в апреле.
В качестве объекта исследований выбран перекресток в центре города с пересечением улиц Университет, Богишамол и Большая Ташкентская кольцевая автомобильная дорога. Общие данные улиц приведены ниже. Количество полос улицы Университет 5, ширина улицы 21 м, на улице имеются разделительные полосы и пешеходные переходы; количество полос улицы Богишамол 6, ширина улицы 25 м, на улице имеются разделительные полосы и пешеходные переходы; количество полос Ташкентской кольцевой автомобильной дороги вблизи перекрестка 5, ширина улиц с одной стороны 22 м и с другой 25 м, на улице имеются разделительные полосы и пешеходные переходы. Светофор работает на 2-х фазах. Продолжительность цикла работы светофора 98 секунд. На рис. 1
Рис.1. Общий вид перекрестка
В таблице 1 показано количество автомобилей по типам, проезжавщих через пересресток за 2 часа.
Таблица 1.
Типы трансроптных средств Легковой автомобиль Автобус Грузовой автомобиль
Количество 12639 294 687
На основе вышеуказанных данных разработана симуляционная модель текущего состояния перекрестки с помощью программы PTV VISSIM. Качество пропускной способности перекрестка оценено следующим образом (таблица 2).
Таблица 2.
LOS Для перекрестка, управляемого светофором Для перекрестка, управляемого без светофора
А <10 сек <10 сек
B 10-20 сек 10-15 сек
C 20-35 сек 15-25 сек
D 35-55 сек 25-35 сек
Е 55-80 сек 35-50 сек
F >80 сек >50 сек
Для регулируемых и нерегулируемых перекрестков LOS определяется средней задержкой автомобиля на перекрестке. LOS может быть определен для каждой конфигурации перекрестка, для каждого движения или подхода.
Рис.2. Цифровой двойник текущего состояния исследуемого перекрестка
Разработана компьютерная модель текущего состояния перекрестка с учётом транспортного потока, фаз светофора и продолжительности цикла и получены следующие результаты (таблица 3).
Таблица 3.
№ Параметры Текущее состояние
Уровень обслуживания на перекрестке (LOS) F
Количество транспортных средств (шт) 5317
Расход топлива (л) 1067,959
Выхлопной газ СО (грамм) 19720,533
Оксид азота NОх (грамм) 3836,899
Органические соединения VOC (грамм) 4570,424
В настоящее время на перекрестке установлены светофоры, которые работают на двух фазах и продолжительность цикла 98 секунд. Эффективный зеленый период светофора 92 секунд и потерянное время 6 секунд.
Промежутки времени: ер Цикл«: Смещение: Тоим переключе»
Нет 98 2] 0 > 0
№ Группа Signal гигмтлн Whi+г\гф г: ю го зо 40 so 60 70 80 90 ■ ■ ■ ■ •
1 Utvveryi'-t Г". ЖГ7 ШШШШ^^Г! 11
2 Bog'ishamaoi шлши !Г 1 1 3
3 TAY1 ■■■в |" [ 57 95 1 3
4 TAY2 ■■■■ || Г 57 94 1 4
Рис. 3. Компьютерная модель цикла и фазы светофора, установленного на
перекрестке.
Для перекрестка улиц Университет, Богишамол и Большая Ташкентская кольцевая автомобильная дорога, рациональная продолжительность цикла определена следующим образом.
Предлагаемая фаза и цикл светофора
Таблица 4.
Фаза А Фаза Б
v 648/3 полос =216 1246/2 полос =623
c 1400 1400
v/c 0.15 0.44
Построена компьютерная модель перекрестки с учетом предложенных значений фазы и цикла светофора. После компьютерной симуляции получены следующие результаты. Оптимальное значение длительности цикла регулирования определено по формуле Вебстера [4].
~ (1,51 + 5)
где С - длительность цикла регулирования, с; L - потерянное время за цикл, с; Yc - сумма критических v/s - отношений (фазовых коэффициентов)
Используя, данные в таблице 4 произведен расчет и получены следующие результаты:
Yc = 0.15+0.44=0.59; L= 6 c,
С = (1.5*6+5)/(1-0.59) = 34 с.
Рис. 4. Предлагаемая компьютерная модель перекрестки
Из таблицы № 5 можно увидеть улучшенную пропускную спосбность перекрестка в несколько раз из-за оптимизации фазы и цикла светофора, установленного на перекрестке.
Геометрические изменения на этом перекрестке позволяют минимизировать количество фаз светофора, уменьшить конфликтных точек и время задержки автомобиля на нём.
Предлагаемые показатели, полученные в результате копьютерного моделирования
Таблица 5.
№ Параметры Текущее состояние
Уровень обслуживания на перекрестке (LOS) B
Количество транспортных средств (шт) 7598
Расход топлива (л) 608,773
Выхлопной газ СО (грамм) 11241,364
Оксид азота NОх (грамм) 2187,161
Рис. 5. Компьютерная модель работы светофора с предложенным циклом и
фазами.
Для удовлетворения требований транспортного потока достаточный уровень пропускной вместимости оценивается критическим отношением Xc (у/^ v-интенсивность движения; c - пропускная способность перекрестка). Если отношение ^ ниже 0,85 как обычно, то необходимая вместимость обеспечена, то есть, задержки или простои транспортных средств не наблюдаются. Когда отношение ^ приближается к 1,0, то транспортный поток становится неустойчивым, наблюдаются запаздания и заторы. Когда отношение ^ больше 1,0, спрос превышает вместимость, транспортный поток становится неустойчивым, наблюдаются сильное запаздание и появляются большие пробки. В таких условиях транрспортные средства для того, чтобы проехать перекресток, переждут несколько циклов светофора и возникает недостаточность цикла. При моделировании перекрестков для долгосрочных перспектив (на 20 лет) для часа пиков целесообразно исходить из условий, когда значания отношений ^ от 0,85 до 0,95 [4].
Для определения решения эффективного управления движением на улице может быть использована программа PTV VISSIM. Обычно достаточно 15 минутного анализа для каждого транспортного средства,
чтобы определить приведённые данные для целых суток. После симуляции состояния перекрестка с изменёнными параметрами получены следующие результаты:
• пропускная вместимость перекрестка за один час в часах пика;
• максимальная длина пробки, образуемой на перекрестке;
• среднее запаздывание транспортного средства;
• расход топлива автомобиля;
• уронь обслуживания на перекрестке (LOS);
• количество выбросов в атмосферу от транспортных средств.
Таблица 6.
№ Параметры Текущее состояние Предлагаемое состояние
1. Уровень обслуживания на перекрестке (LOS) F B
2. Количество транспортных средств (шт) 5317 7598
3. Расход топлива (л) 1067,843 608,773
4. Выхлопной газ СО (грамм) 19720,533 11241,364
5. Оксид азота NОх (грамм) 3836,899 2187,161
6. Органические соединения VOC (грамм) 4570,424 2605,295
Результаты компьютерной модели оптимизации работы перекрестка приведены в таблице 5. По таблице можно наблюдать, что уровень обслуживания перекрестка улучшен от F на B. Количество выбросов от транспортных средств и расход топлива снижено почти на 50 %. По другим параметрам тоже можно увидет значительное улучшение. Результаты достигнуты благодаря компьютерной модели перекрестка, разработанной с помощью симуляционной программы PTV VISSIM.
Использованные источники:
1. Khakimov Sh., Rajapova S., Amirqulov F., Islomov E. Road Intersection Improvement - Main Step for Emission Reduction and Fuel Economy. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 939 (2021) 012026 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/939/1/012026.
2. Mukhitdinov A., Kutlimuratov K., Khakimov Sh., Samatov R., Modelling traffic flow emissions at signalized intersection with PTV Vissim, E3S Web of Conferences, (2021), DOI: 10.1051/e3sconf/202126402051.
3. Mukhitdinov A., Kutlimuratov K., Assessing the operational impacts of road intersection using ptv vissim microscopic simulation. International Journal of
Advanced Research in Science, Engineering and Technology, (2021), 1868218690, 8(12).
4. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю., Головных И.М. Проектирование регулируемых пересечений: Учебное пособие - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 208 с.
