CC BY
32
УДК 656.11
B.В. Морозов, аспирант кафедры эксплуатации автомобильного транспорта, ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
e-mail: [email protected]
C.А. Ярков, кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации автомобильного транспорта, ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ ЗАНЯТОСТИ ПОЛОСЫ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ
В соответствии с действующим законодательством Российской Федерации на перекрёстках с высокой интенсивностью и концентрацией дорожно-транспортных происшествий применяется светофорное регулирование. Данная мера, безусловно, снижает риск аварийности, но при этом значительно уменьшает пропускную способность пересечения. Впоследствии, нереализованный спрос образует транспортные очереди значительной длины, препятствующие функционированию транспортной системы города. Поэтому повышение эффективности организации дорожного движения на регулируемых пересечениях является актуальной проблемой, в особенности для крупных городов.
Цель данной статьи - определить закономерность влияния занятости полосы на изменение интенсивности движения транспортных средств для дальнейшего её практического применения в целях повышения эффективности организации дорожного движения на регулируемых пересечениях.
Методологической основой данной работы являются теория транспортных потоков, теория планирования эксперимента и регрессионный анализ.
В результате были определены численные значения показателя занятости полосы, при которых реализуется максимальная интенсивность движения на выходе однородного равномерно движущегося транспортного потока различного состава. Кроме того, были получены модели, описывающие зависимость изменения интенсивности транспортных средств от занятости полосы с учётом направления движения транспортного потока на перекрёстке.
Полученные результаты исследования могут быть использованы для решения различных задач в сфере дорожного движения: оперативного диспетчерского управления транспортными потоками; создания программного обеспечения автоматизированных систем управления движением; имитационного моделирования транспортных потоков.
Ключевые слова: занятость полосы, интенсивность движения, регулируемые пересечения, организация дорожного движения.
Потребность населения в перемещении вызывает существенное увеличение количества транспортных средств на улицах крупных городов
[5, 8, 10].
В целях обеспечения безопасности участников дорожного движения на проблемных узлах и перекрёстках в качестве оперативной и действенной меры согласно требованиям ГОСТ Р 52289-2004 применяется светофорное регулирование [1, 7]. К настоящему времени на территории г. Тюмени обустроено и введено в действие 318 светофорных объектов. С учётом фактической численности населения 744 554 человек уровень светофорной насыщенности в городе составляет 4 светофорных объекта на каждые 10000 человек.
Однако вопросы повышения безопасности и эффективности организации дорожного движения (далее, ОДД) зачастую расположены на разных чашах весов. Поэтому неудивительно, что светофорное регулирование, с одной стороны, значительно повышает уровень безопасности, но,
с другой стороны, существенно снижает пропускную способность улично-дорожной сети, что влечёт за собой увеличение транспортных задержек, формирование транспортных заторов, повышение расхода топлива, ухудшение экологической обстановки [8, 10]. Если посмотреть на проблему более широким взглядом, то в конечном итоге это может привести к социальному дискомфорту, снижению статусу города, оттоку экономических инвестиций [3, 4, 7, 8].
Следовательно, повышение эффективности ОДД, в первую очередь, на регулируемых пересечениях становится приоритетной задачей, как для администрации города, так и для инженерии и науки.
Главным объектом управления в данной задаче является транспортный поток, целевым показателем управления целесообразно принять максимизацию его интенсивности на выходе регулируемого пересечения (Жвых^-тах) [2, 4, 9, 10].
При этом очевидно, что одного лишь показателя интенсивности движения для управления
недостаточно, так как ситуации, при которых Жвых^0 могут быть вызваны одновременно как падением запроса на трафик, так и, например, ДТП, дорожными работами и прочими подобными событиями на подходе к перекрёстку. В классической теории транспортных потоков сложилась практика использования триады «интенсивность-скорость-плотность». Однако с широким внедрением автоматизированных систем управления дорожным движением (далее, АСУДД) зарубежный опыт предлагает решить данную задачу путём применения показателя занятости полосы [2, 6].
Занятость полосы представляет собой процент времени, в течение которого в контрольной зоне детектора находились транспортные средства [6]:
в = ^^ * 100% т
в = # 100%
(1),
(2),
и непрерывно движущийся в течение всего времени замера по одной полосе движения, в некоторой точке которой установлен детектор. Прочие факторы на данном этапе исследования пока исключаются. При данных условиях формула (2) примет вид:
и*Т
(3),
где n - число слагаемых; L - длина ТС, м; u -скорость движения потока, м/с.
Известно, что максимальная интенсивность на выходе будет достигаться при u=40 км/ч~11,11 м/с. При этом в случае рассмотрения однородного потока с легковыми автомобилями максимально ожидаемая Жвых=1800 авт./ч, т.е. n=1800. Длину транспортного средства примем равной длине самого распространённого на территории РФ легкового автомобиля Hyundai Solaris, т.е. L=4,4м. С учётом этого получаем:
где в - занятость полосы; - время нахождения ¡-ого транспортного средства в контрольной зоне детектора; Ь, - длина /-ого транспортного средства, м.; d - длина контрольной зоны детектора, м.; и,- - скорость /-ого транспортного средства в потоке, м/с; Т - время замера, с.
Формула (1) связана с теорией импульсов и отражает принцип работы детектора: Е?=1 и следует трактовать как сумму фиксируемых импульсов. Формула (2) раскрывает физический смысл показателя.
При этом у показателя занятости как меры концентрации потока есть ряд преимуществ:
1) данный показатель учитывает фактическое влияние длины каждого фиксируемого транспортного средства на участок дороги;
2) при этом также является мерилом концентрации потока во времени, что делает занятость полосы более надёжным показателем.
Далее, чтобы объективно оценить влияние занятости полосы на интенсивность движения имеет смысл вначале исследовать данный процесс при абсолютно идеальных условиях. Для этого необходимо представить однородный максимально насыщенный транспортный поток, равномерно
0=пЧ^1ОО% = и*Т
1800*(4,4м+3м) 11,11м/с*3600с
(4).
* 100% « 33 1
Для рассмотрения влияния занятости полосы на однородные транспортные потоки других типов также необходимо определить число слагаемых п для формулы (3), которое, как было описано выше, будет равняться значению Л^^ для каждого у-ого типа однородного потока. Здесь имеет смысл прибегнуть к применению обратного алгоритма использования коэффициента приведения. Т.е. если в случае однородного транспортного потока легковых автомобилей интенсивность составляет
ютах то: ^'легк.вых- 1 yJ-
Nmax дттпах _ "легк,вых "],ВЫХ и.
(5),
где - максимальная интенсивность однородного транспортного потока у-ого типа, авт./ч; ^легк?вых - интенсивность легковых автомобилей, авт./ч; ^ - коэффициент приведения интенсивности транспортных средств у-ого типа к потоку легковых автомобилей.
В данной работе значения ^ приняты на основании результатов исследований А.Г. Левашева [7]. Полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Значения занятости полосы при равномерном движении однородного максимально насыщенного транспортного потока.
Тип транспортного средства, образующий однородный поток kj fjmax авт./ч. Lj, м в,, %
Легковой автомобиль 1 1800 4,4 33
Грузовой автомобиль, от 2-х до 6-и тонн 1,48 1216 7 30
Грузовой автомобиль, более 6 тонн 1,647 1093 8 30
Автобус 1,839 979 12 37
Автопоезд 2,231 807 16,5 39
Сочлененный автобус 2,362 762 18 40
Результаты аналитического исследования следует трактовать следующим образом: даже при самых идеальных условиях максимальная Л^ы* для исследуемой полосы движения достигается для транспортного потока легковых автомобилей при 6Ъ33 %, для автобусов - при 6Ъ37 % и т.д.
Далее, если добавить условие, что исследуемый нами поток неоднородный, то формула (3) принимает вид:
(6),
и*Т 4 '
где / - число типов транспортных средств, наблюдаемых в потоке; Ь] - длина транспортного средства ./'-ого типа, м.
Несмотря на то, что формула (6) учитывает пропорции типов транспортных средств, она справедлива лишь при условии непрерывного и равномерного движения. В случае рассмотрения регулируемых пересечений возникают дополнительные факторы, оказывающие влияние на характеристики транспортного потока: длительность цикла светофорного регулирования, продолжительность разрешающего
сигнала, количество полос движения и пр.
Для установления закономерности между целевым показателем интенсивности движения и занятости полосы на перекрёстке «ул. Республики - ул. М. Тореза» путём применения детекторов транспортных средств Тгайсат был произведён сбор статистических данных.
Выбор перекрёстка обусловлен его ключевой значимостью для транспортной системы города. Ул. М. Тореза является продолжением съезда со Стреловского моста, соединяющего жилые массивы, а также близлежащие пригороды с центральной (деловой) частью города, с другой стороны. Ул. Республики является главной транспортной артерией города, проходящей с востока на запад, соединяя не только жилые массивы но и промышленную зону, проходя при этом через значимые точки притяжения. Обе улицы являются односторонними.
На основании полученных данных был произведён регрессионный анализ, результаты которого представлены в таблице 2, а также изображены на рисунках 1-3.
Таблица 2. Результаты регрессионного анализа
Направление движение по полосам Полученное уравнение регрессии Я2
Направо Хх;=92,6642949*х^991994 0,9
Налево >>(х)=82,4784549*х0-5438716 0,87
Прямо >>(х/)=67,0419432*х0'5274417 0,85
1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
4±н1 СН1 И1Я ост ¿и
• •
•
* • . • • •
п • а • / • * •
4 • • •
• I* 1/ * * • » • • •
• • 7 а •
* ✓ • •
I: /
• • ✓ / •
/
• /
}
V-
1
»ан5 1ТОС ть,°,
Рисунок 1. Исходные данные и результат регрессионного анализа правоповортного направления движения на пересечении ул. Республики - ул. М. Тореза
Шг енс tiiîi iV о tî^ai п/'ï • •
• •
• • •
• • •• • •
••
• • • S. V
• •
• . ч f s
• e • • •
• • , • • •
• • •
•
• •
/
S /
• •
|/1 • •
4
•am ITOC ть,°,
О" 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рисунок 2 . Исходные данные и результат регрессионного анализа прямого левоповоротного направления движения на пересечении ул. Республики - ул. М. Тореза
■ Iff rent niii i rrai
•
• •• ••
• • •
• • • • > •• •
• И* • • • • • •
• • •• • • •
• :: •
• •
• •
• / • • •
• • •
•
/ • •
f •
!ан! ITOC Tb,°,
ôf 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рисунок 3. Исходные данные и результат регрессионного анализа прямого направления движения на пересечении ул. Республики - ул. М. Тореза
Экспериментальные исследования показали, что взаимосвязь интенсивности движения выходящего потока и занятости полосы представлена
степенной функцией у(х)=а * X, значения коэффициентов а и Ь зависят от направления движения по полосе.
Литература
1. Данилов, О.Ф. Обзор существующих методик светофорного регулирования / О.Ф. Данилов, А.М. Осипенко, З.Ш. Шанхоев, С.В. Галенко // Организация и безопасность дорожного движения: материалы Х Международ. науч.-практ. конф. 16 марта 2017 г., Тюмень / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Тюменский индустриальный ун-т». - Тюмень, 2017. - Т. 1. - С. 361-365.
2. Дудников, А.Н. Основное уравнение однорядного транспортного потока / А.Н. Дудников // Организация и безопасность дорожного движения: материалы Х Международ. науч.-практ. конф. 16 марта 2017 г., Тюмень / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Тюменский индустриальный ун-т». - Тюмень, 2017. - Т. 1 -С. 366-373.
3. Живоглядов, В.Г. Методология повышения эффективности управления дорожным движением: дис. ... д-ра. техн. наук: 05.22.10 / Живоглядов Владимир Георгиевич. - Армавир, 2008. - 246 с.
4. Игнатов, А.В. Совершенствование управления перевозками с учетом риска возникновения транспортного затора на улично-дорожной сети города: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / Игнатов Антон Валерьевич. - Саратов, 2015. - 246 с.
5. Колесов, В.И. Модель динамики автомобилизации в задачах прогноза показателей безопасности дорожного движения / В.И. Колесов, А.И. Петров // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. -2016. - № 1. - С. 33-36.
6. Колесов, В.И. О связи занятости полосы с плотностью транспортного потока / В.И. Колесов,
B.В. Морозов // Транспортные и Транспортно-технологические системы: Международ. науч.-практ. конф. 20 апреля 2017 г., Тюмень / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Тюменский индустриальный ун-т». - Тюмень, 2017. - С. 243-256.
7. Левашев, А.Г. Повышение эффективности организации дорожного движения на регулируемых пересечениях: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / Левашев Алексей Георгиевич. - Иркутск, 2004. - 197 с.
8. Морозов, В.В. Проблема транспортных заторов и существующие методы решения / В.В. Морозов,
C.А. Ярков // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всерос. науч-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных (с международным участием) 05-07 ноября 2014 г., Тюмень / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Тюменский индустриальный ун-т». - Тюмень, 2014. - С. 83-89.
9. Соловьев, В.А. Моделирование и оптимизация управления движением транспортных потоков в сети крупного города: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.18 / Соловьев Вадим Анатольевич. - Тюмень, 2013. - 118 с.
10. Эртман, Ю.А. Оценка формирования транспортного спроса на перекрёстках / Ю.А. Эртман, Г.Н. Морозов, С.А. Эртман // Организация и безопасность дорожного движения: материалы Х Международ. науч.-практ. конф. 16 марта 2017 г., Тюмень / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Тюменский индустриальный ун-т». - Тюмень, 2017. - Т. 2 -С. 328-331.
