автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Моделирование плотных транспортных потоков при обосновании требований к элементам трассы автомобильных дорог

- г\ , ■

г; и и ч

9 15

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ШВОШСЦЕВ Игорь Феликсович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОТНЫХ ТРАНСПОРТАХ • ПОТОКОВ П7А ОБОСНОВАНИИ ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕМЕНТАМ ТРАССЫ АВТОМОШЛЬКЫХ ДОРОГ

(05.23.11 - Строительство автомобильных дорог и аэропортов)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА 1991

}

J

Работа выполнена на кафедре изысканий и проектирования автомобильных дорог Московского ордана 'Трудового Красного Знамени автомобижно-дорокного института.

Научный руководитель - доктор технических каук,

профессор В.Ф. Бабков

Официальные оппоненты: доктор технических каук,

доигнт'В.Б. Филиппов,

кандидат технических наук Е.М. Трибунский

Ведущая оргаявгашя - Союэдорпроект Минтрансстроя СССР.

Защита состоится 1891 года в '"/Л." ча-

сов на заседания сяенззалязированного совета ВАК СССР Д 053.30.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дороавом институте по адресу: 125829, ГСП-47, Москва А-313, Лснанградский проспект, 64, ауд. 42.

Справки по телефону 155-03-28.

С- дассерталиеа мокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослал

ОЧ-ОА 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технически наук,

профессор Ю.М. Яковлев

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО Тй КА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наблвдагацееся отставание динамики развития дорожной сети, как по протяженности, так и по структуре, от темпов автомобилизации в стране вызывает увеличение плотности транспортных потоков на основной части двухполосыьк дорог. Указанная .тенденция неблагоприятно отражается на экономических показателях работы автомобильного транспорта, приводит к снижений безопасности и удобства движения, особенно на участках сложных сочетаний параметров геометрических элементов трассы, где происходит дополнительное уплотнение транспортных потоков.

Указанные обстоятельства обуславливает необходимость совершенствования расчетных схем,лежащих в основе порл на проектирование отдельных геометрических элементов дорог, ориентированных, главным образом, на движение одиночных автомобилей, с целью учета в них особенностей режимов нестационарных транспортных штоков.

Совериенстзование норм проектирования вновь строящихся дорог с учетом перспективного движения плотных транспортных потоков и методов приведения существующих дорог в соответствие с возросшим движением требует повышения точности прогнозирования характеристик транспортных штоков для принятия обоснованных технических решений по основным параметрам плана, продольного и поперечного профиля трассы автомобильных дорог.

В свои очередь,в методах опенки вариантов трассы с позиции обеспечения требуемых уровней удобства движения следует ориентироваться не на средние показатели режимов транспортных потоков, а учитывать их вероятностный характер, что позволяет повысить обоснованность проектных решений на сложных участках автомобильных дорог. Таким образом, актуально! задачей'следует считать совершенствование методов описания режима двияения плотных транспортных потоков на указанных участках для их проектирования и реконструкции с учетом обеспечения безопасности ж удобства давления.

Целью проведенной -работы являлось: совершенствование методов опенки проектных решений на основе прогнозирования режимов движения автомобилей в транспортном штоке на двухполос-

I ~

нкх дорогах средствами мзтематгчоского моделирования и опенки состояния ■•¡уществупцих двухпэлоеякх дорог с точки зрения обеспечения киыфо^абельных безопасных условий даикенкя пу^ем установления. минимально, необходимого объема экспериментальных данных о характеристиках потека и реаимах движения автомобилей з рассматриваемых дороашых условяях с последующим проведением; ка э'гой основе малинных экспериментов;

развитие метсдоз проектирования двухполоскых.дорог в условиях, возросшего движения с проработкой рекомендаций по установления минимально необходимой длины дополнительных полос, движения- за и перед участками подъемов с учетом конкретных -дорожных условий и установлении минимального -расстояния;вида-., мости дороги из условия оогона пачек автомобилей,необходимого для разуплотнения потока после прохождения юкжннх участков, вызывающих нестационарный режим движения автомобилей.

Научней новизна таботн состоит в разработке моделирующего алгоритма и программы для расчетов.на ЭВМ, воспроизводящей адекватно характеристики и пачковую структуру транспортного потока в сечениях двухполосных дорог с эадашнми дорожными условиями, иопользуютей гарантированный минимум необходимых эксперимен-, талъных данных, обеспечивающих, в рамках машинного эксперимента, получение полного объема статистической информации по прогнозированию достоверной структуры и характеристик транспортного потока. .

Практическая ценность работе состоит в разработке: - методики оценки проектных решений двухполосных дорог1 з состояния существующих дорог с точки зрения, условий и безопасности" движения автомобилей в транспортном потоке на основе характеристик его аачковой структуры; -

• ~ - рекомендаций по обосновании минимально необ-

ходимой длины дополнительных полос движения перед и за участками подъемов с учетом конкретных дорсшшх услогиЁ и интенсивности движения потока;

' -рекомендаций по обоснованию минимального расчетного расстояная видимости дорога на участках разуплотнения дотока с учетом конкретных дорожных условий и интенсивности движения. I

Реализация работы/ Разработанные рекомендации по обоснованию минимально необходимой длины дополнительных полос движения за и перед участками подъемов приняты для учета в перерабатываемых СНиЛ 2.05.02.

Результаты исследования использовались при выполнении работ в Проблемной лаборатории организации к безопасности движения Московского азтомобильно-дорожяого института по теме "Разработка единого теоретического подхода к построению математической модели системы ВАДС", включенной в план научно-исследовательских работ ГКНТ СССР.

Апщбашя работы. Основные положения диссертационной работы были доложены я получили одобрение на 46 и 47 научно-исследовательских конференциях МАДИ, научно-теоретической конференции "Пракгическое использование теории транспортных потоков при проектировании дорог и организации дорожного движения" (Ростов-на Дону, 1388 г.), на У Всесоюзной научно-технической конференции (Волгоград, 1989 г.), на Ш Всесоюзной конференции • 'по автодорогой медицине (Горький, 1959 г.).

Объем работы. Диссертации состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 159 страниц машинописного текста, иллюстрирована 41 таблицой и 45 рисунками. Сшсок использованной литературы включает 154 наименования, в том числе 57 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современным направлением развития теории и практики проектирования автомобильных дорог является использование ЭВМ различного класса, позволяющих реализовать принципы оптимизации проектных решений по широкому комплексу показателей, осуществлять прогнозирование условий и безопасности движения автомобилей. на основе математического моделирования, автоматизировать процесс проектирования элементов дороги и методы оценки вариантов проектных решений.

Проблемами исследования транспортных потоков и опешл проектных решений в СССР занимались З.Ф. Бабков, Я.А. Калужский, Я.В. Хомяк, М.С. Фишельсон, В.В. Скльянов, А.П. Васильев, Е.М. лобанов, В.М. Сегеркранп, Г» И. Клкнковштейн, В.В. Филиппов и др. За рубежом исследования по этим проблема« проводили: Д.Дрю, _! 3-

"х. Иносэ, Т. Хамадэ, А. Миллер.

В настоящее время в нааей стране я за рубежом существует ■тенденция интенсификации использования и увеличения протяженности сети двухполосных дорог. Практика эксплуатация двухголосных дорсг показела, что за продолжителх,кый пзриод времени до проведения реконструкции геометрических элементов плана и продольного профиля трассы и увеличения числа полос движения фактически интенсивности движения часто значительно превышают предусматриваем проектом расчетные значения, В этих условиях на дорогах складываются плотные транспоргиые потоки, качественное состояние которых соответствует уровачм удобства „движения В и Г. НесоствогстБие параметров суцествуюЕЩХ двухполосных дорог наблюдаемому объему движения отрицательно сказывается на эф-яективиостЕ работы автомобильного транспорта. 1Гри переработке в течение всслодних тридцати лет Строительных норм и правил ка проектирование автомобильных дорог они бшш существенно улу-. чаенч с. точки зрения учета динамики движения одиночного автомобиля по рассматриваемым изолированно элементам трассн. Особенности движения автомобилей в транспортном потоке на двухполосках дорогах практически не нашли отражения как в конструктивных тоеоованяях, предъявляемых к элементам плана и профиля трассы, так и в методах опенки безопасности и условий их движения.

Наиболее сложной задачей является оценка условий движения автомобилей и получение статистически достоверной информация о режимах дютэния автомобилей на участках их уплотнения: сложного сочетания элементов плана и профиля, кривых малого радиуса, пересечений г приансаннй в одном уровне, подходов к узким мостам и подъема«, а также с ограниченной видимостью г разметочными -пиниями, зацрешдодйш обгон, который вызывает несташонар-ный иежим дайхеная транспортных потоков. Проведенные наблюдения па тяти у участках двухполосных дорог за режимами движения автомобилей показал» что условия движения автомобилей в потоке пв-шодически резко изменяются во времени от свободного до колонного режима дьякеяая, сопровождавдехося остановками, автомобилей. Использование средних значений характеристик транспортного потока,таких как скорость» плотность, интенсивность,при опенке условий ДЕИЕ8ЕЯЯ автомобилей на участках; вызывающих нестационарный реаем движения, не позволяет объективно отразить реи -

сльную ■ картину процесса движения автомобилей в данных дорожных условиях.

Для установления надежной, статистически достоверной информации о характеристиках потока и режимах движения автомобилей в виде гистограмм распределений необходимы продолжительные экспериментальные исследования в условиях неизменности действующих факторов, которые практически невозможно провести з силу особенностей движения транспортных потоков по двухполоскам дсрога.м. Подученные экспериментальные данные требуют детального анализа на достаточность выборки, правильность определения влияющих факторов, проявление грубых и приборных ошибок в отдельных измерениях, попадания в выборку измерений, не связанных с заделанными факторами, который гарантирует от полупения локшх результатов, ко значительно осложняет обработку результатов наблюдений.

Для ратания данной проблемы разработана программа "Структура" для расчетов на ЭВМ, которая позволяет на основе обоснованного минимального объема экспериментальных данных осуществлять ышаккне эксперименты по воспроизведений характеристик транспортного потока з створах двухполосных дорог с конкретными дороаннгли условиями.таких как: гистограммы распределения пачек с данным числом автомобилей, скоростей движения по типа».« транспортных средств и потока в целом, временных интервалов между автомобилями и интенсивности движения за любые интервалы наблюдения. Такое сочетание натурного и машинного экспериментов обеспечивает получение в полном объеме достоверной информации об исследуемых характеристиках транспортного потока при требуемых условиях его наблюдения, что открывает широкие возможности использования программы "Структура" для прогнозирования режимов движения автомобилей в разных дорожных условиях на двухполосных дорогах,

Матднныэ эксперименты осуществляется в рамках математической модели транспортного потока, сшюкззжией пачковуи структуру и характеристика транспортного потока з сечениях двухголосных дорог с заданными дороядн/д условиями. Теоретическую основу данной модели составляют списания характеристик пачкОБОй структуры, интенсивности дввкения, временных интервалов меету na4itai.lL» автомобилей.

5

продголатая, что вероятности появления в сечении дороги пачег. лкгомооь'.с4 образуют геометрическое распределение, установлены зависимое*:- средних значений характеристик пачковсй структуры от средней интенсивности движения N и вероятности свободного дважеяЕЯ автомобилей в рассматриваемых дорожных условиях Q, . К основным характеристикам пачканой структуры ■ ттанспога-ного потека на внегородских двухголосных дорогах откосятся: среднее число автомобилей в пачке п , среднее число одиночных автомо<Йивй , среднее число лачок автомобилей

Йядч » среднее чйсло пачек с данным числом автешбилей М(и-), среднее число автомобилей, двикудася в пачках , выражения для которых гшш вид_ 2 _

. Ш W0i)=(|p gN .(3) NcÄ-t^N .(5) (2) Няд=(1-<|г)Н .(4)

Предположив, что пачки автомобиле2 не оказывают существенного влияния друг на двуга Е У^тывая их размеры для описания временных интервалов ксзду пачками автомобилей ~ (в свету), возможно использовать экспоненциальное распределение, смещенное га положительную величину - максимальный временной интервал, оцределяЩиЗ принадлежность автомобиля.к пачке в рассматриваемых дорожных условиях. Как показывают практические результаты применение какого экспоненциального распределения реально'отражает действительный процесс движения пачек автомобилей. б потоке на дзухпавосных дорогах.

Плотность распределения временных интервалов между пачка-ш автомобилей задается выражением

|сг) = Ап1|е _ , (6)

где Яп„= q / (t'-ti-- CfCn) , t1 - средний временной интервал «езду автомобилями при данной средней интенсивности двгкения. Выражение для параметра • Япп получено из рассмотрения трашгортного потока, состоящего из пачек с числом автомобилей Л. , допуская, что все интервалы между автомобилями, дыгаудаягся в пачках,равны tn-л , время прохождения ¡шбш автомобилей створа дороги равно tA .

Описание чгсла автомобилей, проходящих створ дороги за различные иитерва®1 времени,основано на предположении, что распределение чксла пачек с даннш числом автомобилей по се, 6 < ;--1

рдям наблюдений является распределением Пуассона, которое было подтверждено экспериментально. Полное число автомобилей, проходящих створ дороги Мт за время наблюдения одной серии Т, складывается из одиночных автомобилей N(1) и движущихся в пачках с различит? числом автомобилей N(n)

Nr» Nü)+2N(2) + 5Н(3)+...+ п-Н(п) . (7)

Распределение N? по сериям наблюдений,исходя из этого,является кратным распределением Пуассона. Установлена зависимость влияния характеристик пачковсй структуры в разлвчных дорожных условиях, продолжительности серий наблюдений и средней интенсивности даижения на тип данного распределения. Определено, что при интервалах наблюдения свыше 30 минут закон распределения приближается к нормальному распределении с дисперсией, которая значительно больше дисперсии (при малых значениях ) традиционно используемого распределения Пуассона

ъ Mr ( a/cj, - í > . (8)

Для экспериментальной проверки теоретических предпосылок описания характеристик транспортном потока проводились натурные эксперименты з различных створах дзухполосЕых дорог Московской области. Эксперименты заключались в проведении серий наб-. лвдений в стзорах двухполосных дорог различной лродоляитель яоетп и с одновременным фиксированием интервалов мезду автомобилями, скорестей движения и состава транспортных средств. При обработке экспериментальных данных, в силу неоднозначности определения з литературе понятия пачки автомобилей, в потоке выделялись пачкя автомобилей трех.типов, временные интервалы между автомобилями в которых соответственно не превышали 4, 6 и 8 с. Новизна и специфика натурного эксперимента вызвали необходимость определения минимального числа сегай наблюдений в рассматриваемых дороеткх условиях и минимальной продолжительности одной серии наблюдения.

Сравнение экспериментальных опенок характеристик пачковой структуры при различных дорокных условиях и зЕтенсивности движения , Я ' , Ñn« . Н R.A. с ссответствугдии теоретическими значениями, вычисленными по формулам (I) - (5),показало, что независимо от выделенного типа пачек автомобилей максимальные расхождения з величинах не превышали 1%. Для экспериментальных

7 ■

оценок характеристик пачковой структура Ntn) имелись случая расхищения в величинах сеыщз 15&, соответствуэдие недостаточному числу набл&деняй пачек о данным числом автомобилей в рассматриваемом эксперименте.

Сравнение экспериментальных распределений временных интерзалов меаду выделгнпшлп типами пачек автомобилей с соответствующими теоретическим (см. формулу (б)) показало, что нал-' больше расхождения отмечались для пачек первого типа в области иктеизалов 4 ~ 5 с и е отдельных экспериментах составляли до 45$, бслыаз 5 с не превышали 125; пачек второго типа во всей области интервалов не превышали ?%', Максимальное расхождение экспериментальных оценок среднего значения временного интервала между пачками автомобилей с соответствуют:.! "теоретическим значением'Ём.п'" t^n в случае выделения в потоке пачек

первого типа не превышало 15$, соответственно,пачек второго типа 6%. Анализ этих результатов показал, что при интервалах между пачками автомобилей йск больше на прямых горизонтальных участках двухполоенкх дорог с шириной проезжей части 7 - 7,Ь м к удовлетворительном состоянии покроил и обочин взаимное влияние автомобилей друг на друга" ^существенно, так как при использовании урезанного экспоненциального распределения достигается удовлетворительная точность описания вркмзнккх интервалов между пачками автомобилей второго типа.

Для установления ввда распределения числа пачек с данным числом автомобилей по сериям наблюдении в различных створах двухполсеных дорог проводилось сравнение экспериментальных распределений с соохвегствуицими 'Теоретическими распределениями Пуассона по критерию согласия . ЬЬ?кимальлые доверительные вероятности «£ > которых достигалось согласие экспериментальных распределений числа пач^к, выделенных типов с данным числом авхомобкдей, с соответствующими распределениями Пуассона, приведена а таблице I. -

Таблица I

*£„ (1 Число автомобилей в пачке

с i »инималькая доверительная вероятность сi_

—I—i--! 4-!--о ! 6 Т~7--! 8-Г~5—

0^39 Ш 0>98 ü~,30 0,30 0,05 0,10 0,05

4. _ 0,20 0,60 0,90 5 0,05 0,30 0,70 0,70

I '

Продолжение таблицы I

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! 9

8 0,50 0,60 0,60 0,40 0,70 0,50 0,60 0,30

Продолжение таблицы

10 ! II ! 12 ! 13 ! 14 ! 15 ! 16 ! 17 ! 18

4 0,40 0,10 0,30 0,05 0,40 не наблюдались

6 0,10 0,40 0,30 0,50 0,05 0,30 0,10 0,20 -

8 0,60 0,20 0,60 0,60 0,60 0,60 0,40 0,70

Из результатов,представленных з таблице I,видно, что фактические распределения числа пачек второго и третьего типа с данным числом автомобилей по сериям наблюдений являются распределением Пуассона, которое достигается при значениях Л не превышающих 0,7, то есть обеспечивается достоверное описание натурных наблюдений. Результаты, представленные в данной таблице, показывают, что при величине временных интервалов между автомобилями оси больше автомобили не влияет друг на друга и юс можно считать свободными в выборе режима двъгекня.

Основой программы "Структура" являются перечисленные выше теоретические разработки и экспериментальные исследования по установлению вида распределения пела пачек с данным числом' автомобилей по сериям наблюдений в створах двухголосных дорог.

Исходными дашшмя, необходимыми для проведения малинных экспериментов, осуществляемых программой "Структура", являются: средняя интенсивность .движения, вероятность свободного движения автомобилей з заданных дорожных условия?, процентный состав транспортных средств, средние скорости движения выделенных типов транспортных средств с соответствующими среднеквадрати-ческими отклонениями в рассматриваемых дорожных условиях. При обследованиях существующих дорог эти данные определяются непосредственно из натурного эксперимента. При прогнозировании условий движения автомобилей по вновь проектируемым дорогам данные о величине вероятности свободного движения автомобилей " на двухполосных дорогах могут быть приняты на основа прозеден-лых исследований по рис. I.

9

'и _ - -

га

и

о

53

гГ

О" ОГ-

то

О

я

о §

■а '1Э

е. ¡Ц

о £

о я

X

Ч

о

еь

и

ЕС

0.4

0.2

К в I Г !

О О 'г • _1 1 -,т д 1

♦

400 500 600 700 800 Интенсивность, авт/ч Рис. I- Зависимость вероятности свободного дарения от среднечасовой интенсивности двнкения (на полосу) при ¡Ьиксироваши пачекпервого типа; 2 - второго типа; 3 - третьего типа Остальные исходные данные являться традиционными при рсше-.нии подобных задач, опредзлеыш которых посаяшены многочисленные исследования различных, авторов.

Проведенные исследования пачховой структуры транспортных потоков различной интенсивности позволили иначе чем прекде по-доЬ.и к решения задачи достоверного описания скоростей движения автомобилей в потоке на двухполосных дорогах средствами магематическохч) ыодслирозания. Последовательность работы программы "Структура" заключается в том, что вначале моделируется структура потока и временные интервалы, мезду автомобилями при данной интенсивности движения з рассматривае?;ых дорожных условиях, а затем осуществляется присвоение автомобилям скоростей двикбкия в зависимости от их динамических возможностей и величины временного интервала до' впереди идущего автомобиля. На основе экспериментальных исследований зависимости скоростей движения автомобилей в транспортном потоке на двухполосных дорогах от величины временного интервала между автомобилями разработана схема описания скоростей двияения автомобилей, предусматривающая различный подход к свободным (временной интервал до впереди идуаего автомобиля "С > 1С - 12 с), частично связанным (4 - 5 с<Х>£ 10с), и связанным автомобилям I--5 с). В програшз предусмотрено присвоение' свободным акгомобг-ляк желаемой, свободной скорости движения а рассматриваемых

ао_;

дорожных условиях для данного тана транспортных средств, связанным автомобилям-екоростл двлзекяя азтомобиля-лидера л соответствующих пачках. Частично связанным автомобилям присваивается значение скорости движения, получаемое в программе при его случайном рознгрызе в диапазоне от величины скорости свободного движения данного автомобиля з* рассматриваемых дероккнх условиях до скорости предшествующего автомобиля.

Проверка результатов моделирования ва адекватность экспериментальным данным показала, .что программа "Структура" позволяет воспроизводить" характеристики и яачкозув структуру транспортного потока в "сечения:: двухполоеных дорог с конкретными до-роянили условиями.При этом отклонение от соответствующих экспериментальных оценок характеристик потока не провываот 5-7>. На рис- 2-4 приведены типичные результаты сравнения результатов моделирования с соответствующими зкспериментальными данными.' получении.® при интенсивности движения 600 зет/ч на полосу, среднем процентном составе выделенных типов автомобилей: легковых - 50$, средних грузовых - 35%, тяжелых и автопоездов - 10%, автобусов - 5%. Вероятность свободного движения автомобилей в рассматриваемых дорожных условиях-прямолянейный горизонтальный участок двухполосной дороги с шириной проезжей части 7,5 м, асфальтобетонным сухим, чистым покрытием, обочина-ют по 2,5 и в хорошей состоянии составляла 0,4. Рассчитанное минимальное число замеров скоростей движения автомобилей составило 405, что при данной интенсивности движения соответствует проведению сорокаминутного непрерывного наблюдения за скоростями движения автомобилей в транспортном потоке. Выло проведено дзсйть непрерывных наблюдений по сорок минут каждое, когда дсйстэувдне факторы в эксперименте считались неизменны-га,, то есть расхождения з их величинах не превышали 103». Для сравнения при неизменных исходных данных проведено десять машинных экспериментов,соответственно числу натурных экспериментов.

Используемый в практике метод оценки условий движения транспортных"потоков по зпюре коэффициентов загрузки дороги, движением нз позволяет выявить истинных условий движения автомобилей на однотипных участках дорог, отличающихся пачковой

а>

чэ

Й

03 н о

Ен

О £

0.4

0.3 0.2

0.1

1 2

аг 01 к е-1 эЗ

а щ ^ ег. о а

&ё

Й

0.4

0.3 0.2

0.1

б

ш11>

I 2

25 35 « 55 65 75 Скорость, т/ч

Рис. 2. Гистограммы распределения: а

между автомобилями. Обозначения:

55

6

ю

И н т

22

36

М 13

о р в а л ы, с

скорости движения потока; б - временных интервалов

по данным моделирования; 2' - натурный эксперимент

30

3

л

и

о &

и о

45

35

аз а

а Д, С

50

30

10

^ г л а 5 е ? ~а

Нотр иашнинйго эксперимента.

Рис.3. Средние значения скорости потека автомобилей пс данным десяти случаев моделирования. Обозначения: границы ошибок I - в 5%; 2 - в 10%'; 3 - экспериментальное средние значение скорости потока

___ 1

к к - — _ о- 1 « _ а - г. д * _ л__

•и \ \1 0 о 2 о о

,_д___ Л _ .д

......... + Г I

1 1 Т . 1 . . I . *

1 г 5 " < 5 6 7 8 9 10 номер машинного эксперимента.

Рис.4. Процентный состав автомобилей в потоке по типам: * - легковых; ° средних и легких грузовых; • - тяжелых грузовых и автопоездов; ♦ -автобусов. Горизонтальные лиши: среднее значение процентного состава автомобилей данного . типа. I и 2-обозначения рис. 2

»ихмхмд

структурой при данной средней интенсивности дзижения, которая обуславливает снижение комфортабельности движения и погнпганке уровня аварийности. Такая ситуация характерна для участкоз, перед kotodhwH предшествующие участки оказывали различное воздействие на транспортный поток с точки зрения его уплотнения.

Для совершенствования данного метода предлагается в формулу коэффициента загрузки движении добавление коэффициента перегрузки дороги, учитывающего пачковую структуру потока в рассматриваемых дорокных условиях.

Существующие участки дзухполсенкх дорог, вызывающе нестационарный резким движения потока, требуют разработки методов опенки их выявления,так как вычисленное обычный образом значение коэффициента загрузки дороги движением при данной средней интенсивности движения во многих случаях не превышает оптимального, но фактические условия движения и уровень аварийности соответствуют более высокому уровню удобства движенья. По дачным наблюдений В. Б. Сг'льяноиа продолжительность существовать плотного потока на таких участках дороги бывает небольшой, однако за этот период времени может произойти сонозная часть ДТП, за счет снижения скорости движения и периодических остановок автомобилей резко возрастдшт поа-ери времени автомобилей на маршруте, увеличивается расход топлива и загазованности- воздуха. На основе описания числа автомобилей, проходящих створ дороги'за различные интервалы времени, разработана методика опенка условий я безопасности движения автомобилей на участке дороги по величине вероятности установления того или иного уровня удобства движения при данной средней интенсивности движения в рассматриваемых дорожных условиях. Для каждого уровня удобства движения существуют определенные рекомендации, реализация которых позволяет перейти к более низкому уровню■загрузки данного участка дороги движением. Для улучшения условий движения автомобилей на существующих участках двухполосных дорог, вызывающих нестационарный режим лишения, осуществляемые мероприятия должны быть направлены на снижение наиболее высокого уровня загрузки движением, определяемого по данной методике, при. величине вероятности его установления превншаюсей 10-12$. При опенки, условий движения по данной методике вновь лроекти-

руемкх двухполосных дорог при расчетной интенсивности движения вероятность установления уровня загрузки движением, превышавшего оптимальный,должна быть исключена.

Анализ исследовании режимов давления автомобилей на внегородских двухполосных дорогах показал, что наиболее неблагоприятными с точки зрения комфортабельности движения и эффективности работы автомобильного транспорта являются участки уплотнения потока автомобилей, подхода к ним и последующие участки его разуплотнения. Наиболее часто встречающимся участками уплотнения потока автомобилей на внегородских двухполосных дорогах являются участки подъемов с уклонами свыше А0%о. Эйфек-тизным средством повышения пропускной способности таких участков и увеличения средних скоростей двияения автомобилей в транспортном потоке является устройство дополнительных полос, на подъем для медленно движущихся автомобилей. Существующие рекомендации по определению длины дополнительной полосы даижэнся за участками подъемов, изложенные в п. 4.7 СНиП 2.05.02 -- 85, получены с помощью методов теории массового обслуживания с использованием расчетной схемы, которая соответствует случаю встраивания медленно движущегося по дополнительной полосе автомобиля в основной поток, состоящий из одиночных автомобилей. Такой ' подход не учитывает особенностей влияния участков подъемов с конкретными дородными условиями на режим двияения автомобилей и структуру транспортного потока на основной полосе за вершиной подъема. Движение транспортных потоков на участках подъемов характеризуется интенсивным формированием укрупненных пачек автомобилей. Среднее число автомобилей в пачке является статистической характеристикой транспортного потока в рассматриваемых дорожных условиях и определяется на участках подъемов величиной их уклона и протяженности. На основе результатов проведенных натурных исследований и созданного математического аппарата описания пачковой структуры и характеристик транспортного потока в различных дорошых условиях разработаны рекомендации по обоснованию минимальной длины дополнительной полосы движения за и перед участками подъемов на двухполосных дорогах.

Протяженность дополнительной полосы за участками подъемов рекомендуется принимать с учетом интенсивности движения транспортного потока, длины и величины уклона подъема. Длину допол-14

нителькей полосы за участками подъемов с уклонами меньае 40$о независимо: от,их протяженности рекомендуется принимать по таблице 2.

Таблица 2

Уклон ! 'Интенсивность движения, приведен, ед/сут

меньше ! 5000 ! 7000'—Г 3000 ¡свыше II00Q <40$ о ! 50 ! 230 ! 240 ! 380

Длину дополнительной полосы за участками подъемов с уклонами 40-S0$o и их протязенностью до 800 м рекомендуется принимать по таблице 3.

Таблица 3

Длина ¡Уклон, ¡Интенсивность движения, прив. ед/сут

подъема, м ¡ 5000 I 7000 ••• | 9000 [свыше I1000

4G0 40 50 60 220 220 2220 230 310 310 300 310 420 330 475 635

500 40 50 6Ü 220 220 220 230 310 310 380 465 520 530 6С0 735

800 40 550 60 225 335 335 340 340 420 375 465 520 530 725 840

Перед участками подъемов на двухполосных дорогах П и Ш технических категорий при интенсивности движения свыше 5000 авт/cys рекомендуется устраивать дополнительные полосы. Минимально допустимую длину дополнительной полосы перед участками подъемов рекомендуется принимать по таблице 4. Таблица 4

Уклон, %J Интенсивность движется приезд, ед/сут

5000 i 7000 t S000 ! свыше IIOÜO

30 40 50 ео 150 160 ISO 200 160 180 200 220 210 230 240 260 260 270 290 300 ,J5

Рекомендаций по назначению длин дополнительных полос движения перед участками подъемов в СИиП 2.05.02-85 не приводится, указывается только, что ушкрение проезкей части следует осуществлять на участке длиной 60 м. Разработанные рекомендации учитывают возможность движения в перспективе транспортных потоков с интенсивностью движения свыше 11000 прав, ед/сут и больше (судествупцие требования ограничены величиной интенсивности 8000 пряв, ед/сут.). Опенка эффективности устройства дополнительной полосы за и перед участками подъемов с различной протяженностью и величиной уклона осуществлялась на основе моделирования двикзшя автомобилей в заданных дорожных условиях. Результаты расчетов показали, что при интенсивности движения свыше 5000 прив. ед/сут и уклонах свыше 40^о капитальные вложения на устройство дополнительной полосы оправдываются за счет увеличения скоростей автомобилей всех типов на участке подъеь'а и его подходах.

Двухполосные автомобильные дороги в условиях дзикения. по ним транспортных потоков должны обеспечивать возможность водителям быстрых автомобилей совершать безопасный обгон медленно движущегося транспорта л тем сашк предотвращать уплотнение потока на участках ухудшения дорожных условий. После прохождения участков уплотнения потока гадатели быстрых автомобилей для реализаши их динамических возможностей, как правило, вк-кудцоны совершать обгон не одиночных автомобилей, а пачек автомобилей с медленно двкжуидася автомобилем-лидером (тяжелый грузовой, автопоезд или автобус), являющаяся наиболее сложным и рискованным маневром ка двухполоскых дорогах. Для разуплотнения потока и восстановления равномерного режима движения автомобилей на таких участках дорог необходимо обеспечивать водителям расстояние видимости встречного автомобиля из условия обгона наиболее часто встречаемых пачек автомобилей, формирующихся на конкретном участке ухудщекая- дорожных условий при данной интенсивности двияения. На.основе обдирных наблюдений за транспортными потоками на различных участках уплотнения к юс подходах предложена схема выхода на обгон о ускорением быстрого автомобиля, дзикущегося в рекиые следования за лидером, которым является пачка автомобилей с медленны?.; во глазе.

В таблице 5 приведены минимальные расстояния видимости встречного автомобиля не участках разуплотнения потока, полученные из условия ¿ззопасного обгона быстрым автомобилем пачки с различным числом автомобилей и медленно движущимся автомобилем-лидером.

Таблина 5

Средняя скорость'Расчетное число автомобилей в пачке движения медлен-.'рассматриваемом участке дороги ка

ных автомобилей ! з потоке, юл/ч ' 2 ! 3 1 й ! 5

30 130 195 260 325

40 220 325 430 535

50 260 565 510 780

Рассчитав вероятность появления пачек с числом автомобилей п. ка рассматриваемом участке.двухполосной дороги по геометрическому закону распределения р , определяется часло автомобилей з пачке, при котором накопченная вероятность появления пачек с данным числом автомобилей и меныле превышает 50? . По установленному расчётному числу автомобилей в пачке, согласно таблице 5 принимается мшш,1альное расстояние видимости встречного автомобиля. на рассматриваемом участке дороги. Обеспечение при проектировании вновь строящихся к реконструкции существующих дорог установленного таким образом расстояния видимости встречного автомобиля на кадцом конкретном участке разуплотнения потока позволит создать экономичные и комфортабельные условия движения без. остановок автомобилей за счет ликвидации тенденции -укрупнения и увеличения числа пачек по длине дороги при данной интенсивности движения. На основе разработанной модели транспортного потока создана программа, предназначенная для формирования входного потока в имитационных моделях двиненля автомобилей по двухголосным дорогам, используемых в пакете прикладных программ САПР-АД по опенке проектных решений. При этом гарантируется воспроизведение транспортного потока, качественное состояние которого отвечает заданным дорожным условиям и интенсивности движения, что позволяет рассматривать отдельные сложные участки трассы, с учетом двкгекия по ним транспортного потока, сложившегося на

предшествующих участках дороги. Поэтому эту модель транспортного штока целесообразно использовать в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог (САПР-АД) как автономный элемент и как входящий в уже используемые имитационные комплексы на ЭВМ.

Традиционные достоинства программ на ЭВМ, например стоимость проведения машинных экспериментов с гарантией полной безопасности исследования существенно меньше натурных экспериментов, присущи и программе "Стругтура". Кроме того,её кс-по-льзование сокращает сроки проведения натурных наблюдений за режимами движения автомобилей па существующих дорогах, так как получение полного объема информация об исследуемых характеристиках транспортного штока достигается на основе собранного минимально необходимого объема экспериментальных данных-путем малинного эксперимента.

об1щ вывода

1. В связи с ростом интенсивности движения на существующей сети дорог необходам переход на обоснование элементов до-рота не только на основе динамических расчетов движения одиночного автомобиля по изолированным элементам трассы, но и с учетом режимов движения, формирующихся в процессе роста движения транспортных потоков.

2. Разработанная математическая модель транспортного потока на двухпслосных дорогах позволяет установить зависимость основных характеристик пачковой структуры потока в конкретных дорожных условиях от двух параметров: вероятности свободного движения автомобилей в транспортном потоке и средней интенсивности движения.'

3. На основе модели пачковой структуры транспортного потока разработана концепция описания характеристик потока в створах двухполосных дорог с заданными дорожнша условиями

и получены функции расперделения интенсивности движения за различные интервалы времени, временных интервалов между пачками автомобилей, схемы описания скоростей движения автомобилей в потоке. Результаты расчзда, полученные на основе данно-

го математического аппарата,дам удовлетворительную сходимость с эксперимент альшти дакнши, максимальное рзсуондонге которых на превышало 7%.

4. Проведенные натурные исследования на дзухполосннх дорогах позволили-установить закон распределения ' чисуй, пачек с данным-числом автомобилей по сериям наблюдений в стви-рах двухполосных-дорог. *

5. На основе проведенных теоретических в экспериментальных исследований разработан алгоритм и создана программа "Структура" для расчетов на ЭВМ, воспроизводящая адекватно характеристики и пачковув структуру транспортного потока в сечениях деухнолоснкх дорог, которая,позволяет сократить сроки натурных наблюдений за режимами. движения автомобилей путем уменьшения объема собираемых экспериментальных данных.

6. Для совершенствования методов оценки условия и безопасности дорокного движения автомобилей э транспортном потоке на существующих двухполоснкх дорогах и прогнозирования состояния перспективного потока автомобилей при расчетной интенсивности движения для вновь проектируемых двухполосных дорог средства*-' ми математического моделирования предложены методики:

проведения натурных наблвдений за структурой потока в :.; створах двухполосках дорог, по сбору минимально необходимой • исходной информации для осуществления на её освоце машинных экспериментов в рамках разработанной программы "Структура";-:

оценки условий -и безопасности двааения автомобилей на участках уплотнения транспортного потока, вызызащих неста- • щонарныа режим движения автомобилей;

оценки проектных ранений по эпюре уровней загрузи дорог движением введением поправочного коэффициента, учитывающего пачковую структуру потока при данной интенсивности движения а рассматриваемых дорожных условиях.

7. Разработаны рекомендации для учета в СНиП 2.05.02* о минимальной длине дополнительных полос за и перед

участками подъемов на внегородских двухполосных дорогах, с учетом конкретных дорожных условий и характеристик движения транспортного потока;

о минимальном рассчетком расстоянии видимости дороги на участках разуплотнения потока.

Основные положении диссертации опубликованы в работах:

1. Живописцев Й.Ф. Оценка максимального временного интервала между автомобилями, движущимися в пачке//Рениыы и безопасность движения в сложных дороиных условиях:/Сб.науч. тр./МАДИ. -М., 1987, - С. 57-65.

2. Еремин В.М., Живописцев'И. Статистические характе- г ристики пачкообразного движения авгомобилей//Режиыы к безопасность двинения в сложных дорожных условиях:/Сб.науч.тр./ МАДИ. -М., 1987, - С. 30-39.

3. Живописцев И.Ш. Анализ пачковой структуры транспортного потока на перевальных участках горных автомобильных дорога/Актуальные вопроса повышения безопасности дородного движения: /Сб. науч.тр. /МАДЙ, -М., 1988, - С. 52-60.

4. Еремин В. М., Еизописцев И. Влияние пачковой структуры транспортного потока на интенсивность к уровни" удобства движения//Проект*фованве автомобильных дорог в сложных условиях: /Сб.науч.тр./МАДЛ. -М., 1988, - С. 101-110.

5. Живописцев И.Ф. Исследование пачковой структуры транспортного потока на основе результатов имитационного моделирования/// Всесоюзная научно-техническая конференция "Пути совершенствования эксплуатационных качеств автомобильных дорог и повышения безопасности движения" :/Гезисы научных докладов к сообщений/ -Волгоград, 1989, - С. 131-132.