© С.Е. Тебеньков1, А.Г. Левашев2, С.Е. Иванченко3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Необходимость обслуживания значительных объемов движения вызвала за рубежом необходимость применения особых норм проектирования магистралей, к главнейшим из которых, c позиций управления движением, относятся: нормирование размещения развязок в разных уровнях, запрет устройства разрывов в разделительной полосе, полный контроль доступа к проезжей части. В статье рассмотрены основные методики, применяемые за рубежом для поддержания оптимального функционирования магистралей. Представлены алгоритмы управления транспортными потоками на примыканиях к магистралям. Ил. 7. Табл. 1. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: управление доступом; активное управление движением; гармонизация скорости; движение по обочинам.
TRAFFIC MANAGEMENT ON HIGHWAYS S.E. Tebenkov, A.G. Levashev, S.E. Ivanchenko
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The need to servicing large traffic volumes in foreign countries caused the requirements for special highway design standards, the main ones from the traffic management point of view include rationing of interchange arrangement at different levels, banning of breaks in dividing strip, complete control of access to the roadway. The paper describes the main methods used abroad to maintain optimal operation of highways and presents the algorithms of traffic flow management at highway junctions. 7 figures. 1 table. 9 sources.
Key words: access control; active traffic management; speed harmonization; hard shoulders running
УДК 656.13
УПРАВЛЕНИЕ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ УЛИЦАХ
Практически любой город Российской Федерации сталкивается с такой транспортной проблемой, как заторы, что непосредственно связано с постоянным ростом уровня автомобилизации и нехватки дорог, предназначенных для движения транспортных средств с высокой скоростью, - автомагистралей [1]. Особую важность имеет ситуация, когда на автострадах происходят заторы, которые по своей природе бывают регулярными, в часы пик, и нерегулярными, в случае возникновения ДТП.
За рубежом острая необходимость в магистральных автомобильных дорогах возникла еще в 50-е годы прошлого столетия (в Германии, Австрии, Швеции -Autobahn, в США, Канаде - Freeway, в Великобритании, Австралии, Новой Зеландии - Motorway, в Италии - Stradaextraurbanaprincipale). В границах агломераций и урбанизированных территорий магистрали обслуживают значительные объемы движения. Примером может служить автодорожная сеть Рурской агломерации, где для участков магистрали A3 (восточный обход Дюссельдорфа и Кельна) характерны значения интенсивности 100-150 тыс. авт./сутки (рис. 1).
В нашей стране также имеются участки автодорог, суточные объемы движения на которых значительно превышают значения, запланированные при их строительстве [2] (таблица). Особенно высокая интенсивность движения наблюдается на подходах к городам Москва и Санкт-Петербург (МКАД и третья кольцевая дорога в г. Москва, КАД в г. Санкт-Петербург).
Необходимость обслуживания столь значительных объемов движения вызвала применение особых норм проектирования магистралей, к главнейшим из которых c позиций управления движением относятся: нормирование размещения развязок в разных уровнях, запрет устройства разрывов в разделительной полосе, полный контроль доступа к проезжей части (Access Control). Строгое соблюдение перечисленных выше норм проектирования позволяет применять на магистральных автомобильных дорогах активное управление дорожным движением (Active Traffic Management), под которым понимается совместное использование временных ограничений скорости, разрешения движения по обочинам и светофорного регулирования развязок на рампах (рис. 2).
1Тебеньков Сергей Евгеньевич, аспирант, тел.: (3952)405408, e-mail: [email protected] Tebenkov Sergey, Postgraduate, tel.: (S952)4G54G8, e-mail: [email protected]
2Левашев Алексей Георгиевич, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: (3952)405408, e-mail: [email protected]
Levashev Aleksei, Associate Professor of the Department of Management and Logistics in Transport, tel.: (S952)4G54G8, e-mail: [email protected]
3Иванченко Екатерина Сергеевна, аспирант, тел.: (3952)405408, e-mail: [email protected] Ivanchenko Ekaterina, Postgraduate, tel.: (S952)4G54G8, e-mail: [email protected]
I ОВД I
Транспорт
Рис. 1. Участок магистрали А3 дорожной сети Рурской агломерации
Интенсивность движения на некоторых участках дорожной сети РФ
Автомобильная дорога Суточная интенсивность движения, авт./ч
А122; участок Парголово - Огоньки 31000
А119 «Вятка»; участок Чебоксары - Новочебоксарск 30340
М10 «Скандинавия»; участок Белоостров - Выборг 23000
Санкт-Петербург - Колтуши; участок КАД - Колтуши 16000
М7 «Волга»; участок Москва - Нижний Новгород 16000
Active Traffic Management
Follow overhead instructions
Рис. 2. Дорожный знак «Активное управление движением. Следуйте инструкциям» (Великобритания)
Следует особо отметить, что в настоящее время наблюдается тенденция гармонизации норм проектирования автомобильных дорог и методов управления дорожным движением. Так, в рамках IV Международного симпозиума по геометрическому проектированию автомобильных дорог (4th International Symposium on Highway Geometric Design, Валенсия, Испания, 2010 г.) был проведен семинар «Активное управление дорожным движением» (Active Traffic Management).
В концептуальном документе «Российская интеллектуальная транспортная система» (РИТС), разработанном в рамках Федеральной целевой программы
«Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах», рассмотрено функциональное назначение автоматизированных систем управления дорожным движением на магистральных и скоростных автомобильных дорогах (АСУДД «Магистраль»). Были сформулированы основные принципы и понятия, указано функциональное назначение АСУДД «Магистраль» [3]. Представляется интересным сопоставительный анализ концепции АСУДД «Магистраль» и ее аналога - Active Traffic Management. В ограниченных рамках статьи остановимся на трех важнейших инструментах предотвращения транспортных заторов, используемых в рамках Active Traffic Management и не рассматривавшихся подробно в российской специальной литературе и периодике.
Гармонизация скорости (Speed Harmonization) -применение изменяемых ограничений скорости (Variable Speed Limits - VSL) для достижения оптимальной скорости движения транспортного потока при данных дорожных условиях и интенсивности движения [6, 8]. Цель гармонизации скорости - предупреждение образования ударных волн в потоке. Выбор ограничений скорости осуществляется на основе данных мониторинга характеристик транспортного потока и дорожных условий в режиме реального времени (рис. 3). В частности на кольцевой дороге Лондона М25 временные ограничения скорости вводятся при следующих значениях плотности транспортного потока (в расчете на полосу): 60 миль/ч - плотность потока превышает
1650 авт./миля; 50 миль/ч - плотность потока превышает 2050 авт./миля.
Использование обочин (Shoulder Use или Shoulder Ride) - временное разрешение движения по обочинам в периоды наиболее высокой интенсивности движения. Существует ряд нюансов в организации движения по обочинам. Так, в Германии и Голландии для этого используется специальный дорожный знак, а в Англии разрешение движения по обочине указывается только пределом скорости движения на знаке переменной информации, размещаемом над обочиной (см. рис. 3, рис. 4).
Регулирование движения на развязках (Junction Control) включает:
1) светофорное регулирование выезда на проезжую часть магистральной дороги с развязок (Ramp Metering);
2) предупреждение образования очередей на развязках (рампах) выезда с магистральной дороги - координированное управление движением на развязках (рампах) и прилегающих к ним пересечениях улично-дорожной сети.
Сразу отметим, что вторая задача является наиболее сложной и реализуется как координированное регулирование перекрёстков, на которые поступает транспортной поток с выходной рампы магистральной дороги. Цель координированного регулирования -недопущение образования очереди транспортных средств на выходной рампе, которая может «запирать» крайнюю правую полосу и тем самым создавать предзаторовую ситуацию на самой магистрали.
В настоящее время накоплен значительный опыт решения первой задачи - применения светофорного регулирования на входных рампах (Ramp Metering),
Рис. 3. Использование знаков переменной информации для управления транспортным потоком с целью предотвращения заторов (для удобства сравнения М42 (Англия) показана зеркально - «правостороннее
движение»)
180
1000 2000 3000 4000 5000 6000
интенсивность авт./ч
7000
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
интенсивность авт./ч
Рис. 4. Увеличение пропускной способности магистральной дороги - эффект совместного применения временного снижения скорости до 120 км/ч и временного разрешения движения по обочине (Германия)
которое разделяют на изолированное и координированное. В случае изолированного регулирования (рис. 5) количество автомобилей г, которым разрешается въезд на дорогу за рассматриваемый интервал времени, рассчитывается как
- Яп
где ясар - пропускная способность участка, следующего за примыканием рампы; ят - измеренная интенсивность движения на участке до примыкания рампы.
В задачу управления въездными рампами можно включать условие недопущения блокирования развязки очередью, возникающей на рампе. Данное условие уже реализовано на развязках восточного обхода Бирмингема - магистрали М42 (Великобритания): регулирование въезда на магистраль позволяют осуществлять детекторы, размещенные с учетом образу-
ющейся длины очереди на рампе (рис. 6).
В случае координированного управления рампами решается задача определения количества транспортных средств, допускаемых на магистраль с каждой из рамп Я,, предшествующих критическому участку магистрали (рис. 7).
В самой простейшей форме распределение допустимых значений потоков Нп, выпускаемых каждой из регулируемых рамп, можно представить как
= М -Оп / О,
где М - суммарный допустимый поток, поступающий с рамп; Оп - спрос на въезд с рампы п; О - суммарный спрос на въезд со всех регулируемых рамп.
Рис. 5. Изолированное регулирование движения на рампе: а - зона образования затора на участке фривея в месте
примыкания рампы (здесь Цт - поток на магистрали; в - въезжающий на магистраль по рампе поток; Цсар - пропускная способность участка магистрали в месте примыкания рампы); б - при введении регулирования образуется очередь на рампе (здесь г- поток, допускаемый с рампы на магистраль)
светофоры.
детекторы рампы
детекторы
Рис. 6. Размещение детекторов на магистрали М42 и рампе развязки ив
Рис. 7. Координированное регулирование движения на рампах: Ъ- потоки, допускаемые с рамп на магистраль; В - пропускная способность критического участка магистрали
I ОВД I
Транспорт
Соответственно величина суммарного допустимого потока M, поступающего с рамп, определяется с учетом значений потоков, покидающих магистраль на рассматриваемом подходе к критическому участку. Это требует определения матрицы корреспонденций (OD matrix) в режиме реального времени по данным детекторов, при этом в качестве корреспондирующих узлов рассматриваются входные и выходные рампы и сам критический участок. Поэтому матрица корреспонденций лежит в основе всех алгоритмов кодированного управления рампами, разработанных в европейских странах и США (Stratified Zone Metering algorithm, ALINIA, RWS) [3, 6, 8]. Для самой оптимизации координированного регулирования рампами используются различные критерии [5, 7, 9]:
1. Суммарное время движения на рассматриваемом участке УДС (Generalized total vehicle travel time -GTVTT), включающем саму магистраль и примыкающие к ней рампы:
(Nj \
GTVTT = У D ,■ У Tk, / N /—i h i /—i h i -
V1, j
k=1
где Nj- количество транспортных средств, передвигающихся из вершины в вершину; Dj - спрос на передвижение из вершины в вершину в рассматриваемый период времени (т.е. за период моделирования);
Tk. - время, затрачиваемое транспортным средством
', J
на передвижение из вершины в вершину.
2. Среднее время движения по рассматриваемому участку магистрали (Average main line travel time -AMTT). В рассмотрение принимаются транспортные средства, двигающиеся от начала до конца рассматриваемого участка УДС только по главному направлению - магистрали.
3. Среднее время ожидания на рампах (Average on-ramp weighting time - AOWT): оценивается воздействие регулирования на задержки транспортных потоков, поступающих на магистраль по рампам.
4. Среднее время движения с учетом матрицы корреспонденций OD (Average OD travel time -AODTT): оценивается воздействие регулирования на движение транспортных средств, поступающих на магистраль по рампам и двигающимся по ней до конца рассматриваемого участка УДС.
В целом светофорное регулирование на рампах развязок (Ramp Metering) является достаточно гибким и наиболее эффективным средством предотвращения заторов на магистральных дорогах, сочетающимся с применением изменяемых ограничений скорости и динамической ремаршрутизацией транспортных потоков, для которых ограничивается въезд на магистраль. Более того, в настоящее время формулируется новая задача - координированное управление рампами магистрали и прилегающей регулируемой уличной сети.
На протяжении почти десяти лет в прессе, источниках интернет и специальных изданиях довольно часто обсуждаются проблемы увеличения пропускной способности МКАД. Кроме того, появились публикации, в которых высказывается мнение, что недавно вошедшая в эксплуатацию КАД в г. Санкт-Петербург уже не имеет запасов пропускной способности. Как альтернативу расширению МКАД и как средство повышения эффективности управления движением Санкт-Петербургской КАД можно рассматривать целый ряд инструментов Active Traffic Management. Полагаем, что наибольший интерес представляет координированное регулирование движения на рампах (Ramp Metering). В этой связи необходимы исследования в области адаптации существующих алгоритмов к российским условиям. В частности, теоретическое и практическое значение имеет определение оптимальной протяженности магистрали, на которой должно вводиться регулирование на рампах в случае возникновения предзаторовой ситуации или уже затора, а также оперативное определение, какими рампами следует управлять, ограничивать доступ на магистраль в случае образования затора на участке магистральной дороги [4].
Библиографический список
1. ГОСТ Р52398-2005. Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования. М.: Стандартин-форм, 2006.
2. СНиП 2.05.02-85. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги; утв. постановлением Госстроя СССР от 17.12.1985 г. № 233. / Ваш дом.ги: интернет-портал «Все для строительства и ремонта». [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vashdom.ru/snip/20502-85/
3. Разработка концепции создания интеллектуальной транспортной системы на автомобильных дорогах федерального значения: отчет по государственному контракту № УД-47/261 от 07.10.2009 г. на выполнение НИР. М.: МАДИ (ГТУ), 2009. 90 с.
4. Тебеньков С.Е., Левашев А. Г. Результаты оценки распределения транспортных потоков в транспортных коридорах // Вестник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 120-127.
5. Geroliminis N., Srivastava A., Michalopoulos P. Development of the Next Generation Stratified Ramp Metering Algorithm Based on Freeway Design Final Report Department of Civil En-
gineering University of Minnesota Minneapolis. March 2011. 94 P.
6. Papageorgiou M., Kosmatopoulos E., Papamichail I. Effects of Variable Speed Limits on Motorway Traffic Flow // Transportation Research Record 2047 D.C. 2008. P. 37-48.
7. Taale H., Middelham Rijkswaterstaat F. Ten years of ramp-metering in the Netherlands, The NetherlandsPaper for the 10th International Conference on Road Transport Information and Control, IEE. London, April 2000. 5 p.
8. Zackor H., Papageorgiou M. Speed Limitation on Freeways: Traffic-Responsive Strategies // Concise Encyclopedia of Traffic and Transportation Systems. Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1991. P. 507-511.
9. Zhang M., Kim Taewan, Nie Xiaojian, Jin Wenlong, Chu Li-anyu, Recker Will. Evaluation of On-ramp Control Algorithms // California PATH Research Report UCB-ITS-PRR-2001-36. Institute of Transportation Studies University of California, Berkeley, December 2001. 122 p.