автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обеспечение эффективности функционирования дорожной сети крупного города на основе учета её взаимодействия с потоками пассажирского транспорта

На правах рукописи

Бурлудкнй Андрей Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ СЕТИ КРУПНОГО ГОРОДА НА ОСНОВЕ УЧЕТА ЕЁ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПОТОКАМИ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА (НА ПРИМЕРЕ Г. ТОМСКА)

Специальность 05.23.11 - Проектирование н строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2015 г.

Рабата выполнена на кафедре «Автомобильные дороги» в Федеральном «государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Сидоренко Николай Никанорович

Официальные оппоненты: Снлъянав Валентин Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский ввтомобнльно-дорожиый государственный технический университет (МАДИ)», советник ректора

Куликов Алексей Викторович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», доцент кафедры «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования «Национальный

исследовательский Томский политехнический университет»

Зашита состоится «04» июня 2015 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ218.012.01 при ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения» по адресу: 630049, г. Новосибирск, ул. Дусн Ковальчух, д. 191, ауд. 224, e-mail: lys@shi.ni, тел. +7 (383) 328-04-86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Сибирского государственного университета путей сообщения (www.stu.nQ.

Отзывы на диссертацию и автореферат диссертации, с указанием Ф.И.О., почтового адреса, телефона, адреса электронной почты, наименования организации и должности, подписанные и заверенные печатью организации, в двух экземплярах просим направлять в адрес диссертационного совета

Автореферат разослан «10» апреля 2015 г.

Ученый секретарь п

диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент ____с^-.,, Соловьев Леонид Юрьевич

РОССИИСКЛИ

I 1н.удл1ч:1и1-нпл',1 ЬИЬЛИО П'КЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В современных крупных городах неотъемлемой частью жизнедеятельности человека является пассажирский транспорт. Его роль заключается в сокращении времени, затрачиваемого населением на перемещения. Для городов, застройка которых сформирована под влиянием исторических факторов, улнчно-дорожная сеть, как правило, не подготовлена для пропуска интенсивных транспортных потоков. В часы «пнк» транспортная система города перегружена индивидуальным пассажирским транспортом (80-90 %), что провоцирует заторы на основных магистралях. В настоящий период времени, несмотря на значительное преобладание в составе пассажирского транспортного потока индивидуальных автомобилей, основной обьем пассажирских перевозок приходится на общественный транспорт (60-70%). В сложившихся условиях разгрузка дорожной сети города и повышение удобства движения возможно за счет реализации мероприятий, направленных на обеспечение требуемых значений транспортно-эксплуатационных характеристик дорог города, предназначенных для движения общественного транспорта.

Ранее разработанные методы проектирования оптимальных маршрутных схем не адаптированы к современным условиям развития крупных городов, т.к. не учитывают взаимодействие транспортных потоков с городскими магистралями. Кроме того, при формировании действующих норм проектирования (СНнП 2.07.01-89*), недостаточное внимание уделено критериям оптимизации, позволяющим проводить всесторонний анализ рациональности вариантов маршрутных схем н составляющих их отдельных маршрутов. В существующих подходах к проектированию отсутствуют методы расчета скоростей сообщения пассажирских автомобилей, как одного из основных критериев оптимизации, в полной мере учитывающих особенности организации движения транспортных потоков на улнчно-дорожной сети крупного городя и ее транспортно-эксплуатацнонное состояние.

Автором диссертации предложено решение проблемы за счет развития подхода к обоснованному назначению мероприятий по совершенствованию транспортно-эксплуатацнонного состояния городских магистралей, в увязке с оптимизацией маршрутной схемы крупного города, получения новых зависимостей и ранее неприменяемых алгоритмов, суть которых заключается в учете комплекса факторов, определяющих техническое состояние дорожной сети, характеристик транспортных потоков, включая их сочетания. Поэтому исследования, направленные на развитие метода повышения эффективности

функционирования дорожной сети, с учетом ее взаимодействия с потоками пассажирского транспорта для крупных городов являются актуальными.

Степень разработанности темы исследования. Анализ влияния отдельных факторов на изменение скоростей движения автомобилей выполнен АК. Бнруля, Ю.В. Слободчиковым. Ю.М Ситниковым, А.П. Васильевым, В.В. Сильяиовым, М.Б. Афанасьевым, Г.И. Кпинковппейном, OA. Дивочкнным. Методы расчета скоростей движения отдельных автомобилей и транспортных потоков на автомобильных дорогах предложены В.Ф. Бабковым, А.Е. Вельским, Н.Ф. Хорошнловым, JI.A. Кероглу, Я.В. Хомяком. В.В. Филипповым, A.B. Кацом, Б.Б. Анохиным. Вопросам изучения скоростей движения транспортных потоков в городских условиях посвящены работы А.Н. Красникова, Р.В. Горбанева, Г.Ф. Богацкого, В.А Юдина. В.В. Столярова, AM. Косгнна, А.О. Лобашева. Развитию методов расчета скоростей движения городских маршрутных автобусов посвящены работы Е.А. Барковой, Е.А. Кравченко, В.Н. Логинова. Следует отметить, что предложенные авторами зависимости не позволяют учесть комплекс факторов, определяющих транспортно-эксплуатационное состояние улнчно-дорожной сети, а также характеристики транспортных потоков.

В области проектирования систем городского пассажирского транспорта основополагающими являются труды А.П. Александрова, Л.А. Бронштейна,

A.Х. Знльберталя, B.C. Ларионова, А. А Полякова, Д. С. Самойлова. Развитию научно обоснованных методов конструирования автобусных маршрутных схем посвящены работы Б.Л. Геронимуса, Д. Джумаева, М.Е. Аягошвнлн, В.М. Бунеева, Г.А Варелопуло. И.В. Спнрнна, М.В. Хрущева. Ф.Г. Глика, С.Ю. Ольховского,

B.В. Яворского. Возможность разгрузки улично-дорожной сети города посредством совершенствования маршрутной схемы общественного транспорта рассмотрена Э.А. Сафроновым. Однако в этих работах при формировании маршрутных схем не в полной мере учитывается взаимодействие пассажирского транспорта с улицами и дорогами города, а так же их транспортно-эксплувтацнонное состояние. Следует отметнгь, что авторы исходят из нормативных значений показателей, что не всегда соответствует реальной действительности. Это приводит к необходимости изменения маршрутов движения пассажирского транспорта в процессе эксплуатации транспортной системы города.

Объект исследования - улично-дорожная сеть и маршрутная схема городского пассажирского транспорта в крупных городах.

Предмет исследования - транспортно-эксплуатационное состояние улично-дорожной сети и методы совершенствования маршрутных схем городского пассажирского транспорта.

Цель работы - обеспечение требуемых значений транспортно-эксплуатационных характеристик улично-дорожной сети крупного города с учетом ее взаимодействия с потоками пассажирского транспорта.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы следующие задачи:

1) Установить зависимости изменения средней скорости движения легковых автомобилей и автобусов от интенсивности транспортного потока и числа полос движения проезжей части.

2) Построил, эффективные математические модели и алгоритм расчета средней скорости сообщения легковых автомобилей и автобусов на городских магистралях, учитывающие комплекс факторов, определяющих техническое состояние улично-дорожной сети, характеристики транспортных потоков, включая их сочетания.

3) Развить методику совершенствования маршрутной схемы пассажирского транспорта, учитывая техническое состояние улично-дорожной сети города.

4) Уточнил, экономико-математическую модель дня оценки эффективности проведения мероприятий, направленных на повышение скоростей сообщения пассажирского транспорта и обеспечение удобства передвижения населения.

Научная новизна работы заключается:

1) В установлении корреляционных зависимостей для магистральных улиц и дорог крупного города, отражающих изменение средних скоростей движения легковых автомобилей и автобусов от интенсивности транспортного потока и числа полос движения проезжей части.

2) В построении математических моделей и алгоритмов расчета средних скоростей сообщения легковых автомобилей и автобусов на участках городских улиц и дорог, характеризующихся интенсивным движением и сменой дорожных условий.

3) В развитии методики совершенствования маршрутной схемы пассажирского транспорта, учитывая техническое состояние улично-дорожной сети города.

4) В уточнении экономнко-математнческой модели для оценки эффективности выполнения мероприятий, направленных на обеспечение удобства передвижения населения.

Практическая значимость работы заключается:

- В оперативном расчете средних скоростей сообщения легковых автомобилей и автобусов на участках городских улиц и дорог, позволяющих

обоснованно назначать организационно-реконструктивные мероприятия по повышению эффективности функционирования автобусной маршрутной схемы, а также улично-дорожной сети крупного города.

- В применении разработанной методики проектирования рациональной автобусной маршрутной схемы специалистами предприятий транспорта и проектных организаций.

Результаты исследований внедрены:

При разработке рекомендаций по совершенствованию автобусной маршрутной схемы крупного города, на примере г. Томска.

- При разработке организационно-реконструктивных мероприятий по повышению эффективности функционирования наиболее загруженных участков улично-дорожной сети г. Томска.

- При корректировке мероприятий, предусмотренных проектом планировки улично-дорожной сети г. Томска.

- При чтении лекций для студентов дорожно-строительного факультета (направление «Строительство 270000», специальность 271101 «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализация 271101.02 «Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений»).

Методология и методы исследования - теоретические и экспериментальные, включающие натурные наблюдения; методы теории вероятностей и математической статистики; имитационное и математическое моделирование.

Положения, выносимые на защиту:

1) Связи и закономерности, отражающие влияние интенсивности транспортного потока и числа полос движения проезжей части на среднюю скорость движения легковых автомобилей и автобусов.

2) Математические модели средней скорости сообщения легковых автомобилей и автобусов н алгоритм ее определения на участках городских улиц и дорог, характеризующихся интенсивным движением и сменой дорожных условий.

3) Экономико-математическую модель для оценки эффективности организационно-реконструктивных мероприятий.

4) Методика конструирования рациональной автобусной маршрутной схемы крупного города.

Степень достоверности. Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объёмом натурных измерений, обработанных известными методами математической статистики и теории вероятностей.

Апробация результатов. Материалы диссертации доложены н обсуждены на конференциях и семинарах: Международная научно-практическая Интернет-конференция «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения» (г. Белгород. 2007 г.); I Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 2006 г.); И, 1П Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, 2007-2008 гг.); IV международный обучающий семинар PTV Vision® «Планирование транспортных потоков на базе информационных технологий PTV Vision®» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.); первая открытая интернет-конференция, посвященная обсуждению городской транспортной стратегии в РФ Секция №4: Моделирование транспортных схем городов (2009 г.); круглый стол «Организация безопасного дорожного движения в Томской области», итоги информационно-пропагандистской акции УМВД «Безопасная дорога » (г. Томск, 2011 г.); круглый стол «Совершенствование транспортной инфраструктуры в городе» в рамках XIX Межрегиональной универсальной специализированной оптово-розничной выставки-ярмарки «Архитектура. Градостроительство. Транспорт и дорожное хозяйство. Системы жизнеобеспечения региона н города» (г. Томск, 2014 г.); I Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: идеи и перспективы (МНТ- 2014)» (г. Томск, 2014 г.); научные межкафедральные семинары Томского государственного архитектурно-строительного университета (г. Томск, 2005 - 2014гг.).

Личный вклад автора состоит:

- в натурном изучении характеристик транспортных потоков;

- в установлении зависимостей, отражающих влияние интенсивности транспортного потока и числа полос проезжей части на среднюю скорость движения легковых автомобилей и автобусов;

в уточнении математических моделей средней скорости сообщения легковых автомобилей и автобусов на участках городских улиц и дорог, а также разработке алгоритма ее расчета;

в разработке предложений по совершенствованию автобусной маршрутной схемы г. Томска:

- в установлении критериев оптимизации маршрутной схемы

пассажирского транспорта;

в уточнении методики совершенствования маршрутной схемы пассажирского транспорта, учитывая техническое состояние улично-дорожной сети города.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 13 научных работ, в том числе 5 публикаций в ведущих научных рецензируемых изданиях, включенных в Перечень ВАК при Мннобрнаукн России.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы, включаюшего 168 наименований. Объём работы 196 стр., в том числе 27 таблиц, 27 рисунков и 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы исследования, степень ее разработанности, сформулированы цель и задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе выполнено обобщение методов повышения скорости транспортных потоков, как одного из критериев удобства движения. Показана роль пассажирского транспорта (ПТ) в транспортной инфраструктуре города, который способствует сокращению времени перемещения граждан по городу. Обоснована необходимость развития метода совершенствования маршрутной схемы ПТ, учитывая его взаимодействие с улично-дорожной сетью (УДС). Проанализирован опыт маршрутизации городского транспорта, основанный на результатах теоретических исследований.

При ремонте, реконструкции н строительстве объектов дорожной инфраструктуры города, маршрутизированные виды общественного транспорта, учитываются, как правило, недостаточно. Особенно остро последствия этого проявляются в старых крупных городах, где, вследствие слабой развитости магистральной сети улиц центрального ядра, затраты времени пассажиров на поездки значительно превышают предельно допустимые значения. Усовершенствование схемы движения ПТ, рассматриваемое в увязке с развитием УДС города, позволит повысить уровень удобства движения за счёт увеличения скорости транспортного потока.

Скорость движения, является основной характеристикой потока автомобилей, определяющей уровень эффективности функционирования транспортной системы города в целом. Мероприятия, направленные на повышение скоростей движения городских транспортных потоков, в зависимости от уровня сложности и

капиталоемкости проектных решений, можно разделить на три группы: организационные, ремоктно-реконструктнвные и кардинальные. Наиболее целесообразно применение комплексного подхода с комбинированием предпочтительных мероприятий различных уровней сложности и их стадийная реализация.

В процессе развития города его маршрутная схема нуждается в периодическом пересмотре, вызванном, в том числе, и изменением технического состояния дорожной сети. На сегодня нет единого подхода к обоснованному назначению мероприятий по совершенствованию транспортно-эксплуатационного состояния городских магистралей, в увязке с оптимизацией маршрутной схемы крупного города. Поэтому необходимо развитие существующих методов повышения эффективности функционирования УДС, с учетом ее взаимодействия с потоками пассажирского транспорта.

Учитывая, что одним из основных параметров оптимизации дорожной сети города является скорость движения транспорта, выполнен анализ методов ее расчета, который показал, что на данный момент еще не создана методика, позволяющая оценить скорость движения автомобилей при любой интенсивности транспортных потоков и различном сочетании дорожных условий.

Во второй главе рассмотрены критерии оптимизации автобусной маршрутной схемы, выполнено уточнение методики ее совершенствования для дорожных условий крупного города н обобщены известные теоретические зависимости для расчета средней скорости движения ПТ.

Учитывая теоретические исследования, включающие требования к трассированию автобусных маршрутов, выбору приоритетных направлений их развития и удобству движения, обобщены принципы проектирования маршрутных схем и назначены критерии их оптимизации (таблица 1). Принимая во внимание многокритериальный характер задачи маршрутизации, применен подход, в котором поиск рационального решения проводится по наиболее важному критерию (затраты времени граждан), с переводом второстепенных в ограничения. В этом случае подход к выбору наиболее рационального решения можно сформулировать следующим образом:

для маршрутной схемы для отдельного маршрута

^ -»гп1п

V

. Бср < Бта*

Таблица 1 - Критерии оптимизации маршрутных схем городского ОТ, с учетом транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети

Наименование критериев оптимизации Область оптимизации Рациональные пределы варьирования критериев

Средние затраты времени на передвижения городского жителя ^ маршрутные схемы ^„ы,<40 мин

Коэффициент пересадочностп Ко 1,15<К.<1,30

Маршрутный коэффициент К. 2,0<К«<3,0

Плотность МС <5, 1,5<<$«<2,5

Средние затраты времени пассажиров на поездки 1а, мт автобусные маршруты -

Длина маршрута 1, обычные 15-30 км кольцевые до 40 км

Коэффициент использования предоставляемых мест К„

Коэффициент непрямопинейности сообщений на маршруте К. маршрутные схемы, автобусные маршруты К«<1,25

Показатель состояния дорожного покрытия Б автобусные маршруты Б <3,0 «р

Сформулированные принципы проектирования и отечественный опыт маршрутизации, легли в основу методики совершенствования маршрутной схемы для условий крупного города, суть которой заключается в «склеивании» отдельных звеньев транспортной сети и последовательном формировании набора конкурирующих вариантов маршрута. В результате направленного поиска формируется наиболее рациональный вариант, учитывающий критерии оптимизации, включающие в себя и техническое состояние УДС (таблица 1).

Методика включает в себя наращивание базового основания маршрута путем добавления к нему наиболее подходящих звеньев, среди которых предпочтение отдается связям с наибольшей мощностью пассажиропотока. На основе полученного «дерева» цепей формируется набор вариантов проектируемого маршрута (рисунок 2).

Одновременно транспортная сеть города может развиваться по альтернативным сценариям, включающим мероприятия различных уровней сложности и капиталоемкости, которые в итоге послужат основой для формирования разнообразных вариантов маршрутных схем.

Разработанные, в соответствии с предложенной методикой, алгоритмы конструирования маршрутов и проектирования маршрутных схем, учитывающие транспортно-эксплуатациониое состояние УДС города, представлены на рисунках 3 и 4.

ЗОА

28 V ----$_„

г^ 9 101Л 8 □----о---офА

22 23 24 25 Ц'

Г" Г—|—^

36

.34

35

37

38

33

39

|------1-----.о-----Ц

16

11 11

40.

4 ""О 15

44£)

42 43 / о----

45

о — вгршпны графа (остановочные пункты) □ - вершины графа (остановочные пункты)

41

— цепь базового основания маршрута

20 21 25

о-о—Ц—о - цепи, составляющие наиболее рациональный вариант конструируемого маршрута

25 35 37

о----о--5$--о - цепи, составляющие альтернативные варианты конструируемого маршрута

23 24 28

Рисунок 2 - Формирование подмножества вариантов проектируемого маршрута

Скоростной режим движения городских транспортных потоков зависит от множества факторов, что затрудняет их комплексный учет при определешш средних скоростей движения. Поэтому выделены факторы, оказывающие доминирующее влияние на скорость движения транспортных потоков. К таким факторам следует отнести: интенсивность и состав движения транспортного потока: наличие объектов светофорного регулирования транспортных и пешеходных потоков, а также расстояние между ними; число полос проезжен части н ее ширина, радиусы горизонтальных кривых; продольный уклон; ровность н состояние покрытия. На скорость движения автобусов наряду с перечисленными факторами оказывают влияние наличие остановочных пунктов и расстояние между ними, а также организация преимущественного пропуска общественного транспорта.

Основываясь на многочисленных теоретических исследованиях ученых и результатах исследований. выполненных специалистами кафедры «Автомобильные дороги» ТГАСУ. обобщены зависимости, отражающие влияние перечисленных выше факторов на скорости движения пассажирских автомобилей для условий крупного города.

Рисунок 3 - Блок-схема конструирования маршрута ПТ, с учетом технического состояния УДС города

^ Рассматривают возможные сценарии развития трав спорт ей инфраыруиуры города ]

1

Формируют шприцу трудовых корреспонденцнй между транспортными районами

Формируют модифицированную матрицу корреспонденцнй между всеми остнжвочныыи пунктами

Форьшруют сводную таблицу кротчайших путей между каждой парой вершин транспортной сети

1 -

Подразделяют маршруты на три группы: не требующие корректировки (заданные), требующие локальней корректировки н полностью не сощвешвующне предъявляемым критериям__

Устанавливают вершины графа, в пределах которых возможно обустроить конечные пункты, а также участки транспортной сети и повороты в пределах

Формируют первоначальный каркас маршрутной схемы (базовый вариант), преимущественно из заданных маршрутов (первая группа)

- 1 -

Устанавливают матрицу коррестгоиденций. не обслуженных шршрутамн башвпй схемы, и корректируют сводную таблицу, оставляя в ней только нереализованные евхш.

Ж

Конструируют новый ш втобусный марпфут ж

включают его в верш шачвлиый каркас

Формируют матрицу корреспонденцнй, не обслуженных промежуточным вариантом маршрутной схемы, в рабочей таблице кратчайших путей, оставляют только нереализованные связи

н^иш маршрутной ошы подвергают проверке аотиьальности по устан жиг иным критериям

Выбирают основной вариант маршрутной омш иа основ« сравяеип по критериям

Рисунок 4 - Блок-схема проектирования маршрутной схемы крупного города, с учетом улучшения транспортно-эксплуатационных характеристик его УДС

В третьей главе приведены результаты статистической обработки измерений скоростей движения ПТ на характерных участках магистралей г. Томска с различным числом полос проезжей части.

В работе принят визуальный метод обследования мгновенных скоростей движения, как наиболее простой и доступный, позволяющий получить достоверную информацию в достаточном объеме. Для этого, на основании рекогносцировочных проездов и опыта предшествующих обследований, на УДС г.Томска было назначено 18 характерных экспериментальных участков на магистральных улицах с двухполосной. четырехполосной н шестнполосной проезжей частью. Для обеспечения объективной оценки изучаемого процесса определено необходимое минимальное чнсло наблюдений, которое в зависимости от исследуемого участка составило от 40 до 130.

В результате обработки экспериментальных данных методами математической статистики установлено, что полученные распределения скоростей для групп легковых автомобилей и автобусов имеют колокообразное очертание и с достаточной степенью надежности подчиняются нормальному закону (рисунок 5). Оценка расхождения между теоретическими и фактическими распределениями, выполненная по критерию согласия Пирсона показала, что в большинстве случаев принятие гипотезы нормального закона распределения скоростей на исследуемых участках улиц и дорог можно считать достоверным, а имеющиеся расхождения носят случайный характер.

Середины интервалов скоростей

середина шгтерпала

I...............I гистограмма частосгеП

—о— криви нормального распределения --о - полигончастосгей

а б

а - фактическая и теоретическая кривые распределения скоростей движения

автобусов; б - кумулятивная кривая распределения скоростей движения автобусов

Рисунок 5 - Распределение мгновенных скоростей движения автобусов для улицы с четырехполосной проезжей частью (ул. Нахимова)

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0.5 0.4 0.3 0,2 0,1 0,0

20 25 30 35 10 45 50 55 Скорость движения, км/ч

-кумулятивная кривая нормвлыгаш

распрсдсллшх • Лксиернмекгальныедвшпхе

В четвёртой главе установлены закономерности изменения средней скорости движения легковых автомобилей н автобусов в зависимости от интенсивности транспортного потока и числа полос проезжей части, что позволило разработать математические модели и алгоритм расчета средней скорости движения ПТ на городских магистралях.

По результатам обработки базы экспериментальных данных, сформированной за период с 2005 по 2014 годы, получены значения средних скоростей движения автомобилей, наблюдаемые при различных интенсивностях транспортных потоков и числе полос проезжей части. Во всем диапазоне измерений средняя скорость движения легковых автомобилей на перегонах городских магистралей составила 45-65 км/ч, автобусов - 35-55 км/ч.

Закономерность изменения средней скорости движения пассажирских автомобилей от интенсивности транспортного потока и числа полос проезжей части с достаточной достоверностью может быть аппроксимирована линейной зависимостью. При этом значения коэффициентов корреляции R2 находятся в пределах от 0,83 до 0,95, что указывает на тесную связь между изучаемыми факторами. Например, уравнения, выражающие зависимость средней скорости движения легковых автомобилей (V„) и автобусов (VJ от интенсивности транспортного потока (N„) на магистралях с четырьмя полосами движения, имеют вид (рисунок 6):

Первый член полученных уравнений характеризует свободную скорость движения одиночных автомобилей, а коэффициент, расположенный перед интенсивностью движения, обусловливает наклон корреляционной прямой. Оба эти параметра зависят от типа изучаемого автомобиля и состава движения транспортного потока. Зависимости иллюстрируют существенное влияние интенсивности на скорость движения отдельных типов автомобилей. Причем скорость легковых автомобилей снижается с ростом интенсивности быстрее, чем скорость автобусов (рисунок б). Анализ установленных закономерностей изменения скорости позволил подтвердить вывод, сформулированный ранее Горбаневым Р.В., что водители при выборе скоростей движения руководствуются числом полос проезжей части.

V„ = 69,2-0,0104-Nn; Va = 55 -0,0076 Nn.

(2) (3)

30 -I---------1-•-1-1-------•-•-г—-Ч--•-

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Суммарная ннгеисквнснль движения, авт/ч • легковые автомобпли а автобусы

.....- шсстшюлосные улиц» чгтырпсполосныеултщы

Рисунок б - Зависимости скоростей движения легковых автомобилей и автобусов от интенсивности транспортного потока на улицах с четырех- и шестиполосной

проезжен частью

Для комплексного учета выбранных факторов при определении средних скоростей движения легковых автомобилей и маршрутных автобусов за основу принят подход, предложенный В.В. Сильхновым. При этом в зависимости «скорость-интенсивность» дополнительно учтены характерные для улиц факторы в виде поправочных коэффициентов. В результате анализа существующих теоретических наработок и результатов выполненных экспериментальных исследований, предложены математические модели и методика расчета скорости.

Суть методики заключается в том. что первоначально с помощью предложенной аналитической зависимости определяют среднюю скорость движения автомобилей в потоке на отдельных участках с однородной интенсивностью движения н одинаковыми дорожными условиями. На этом этапе среди доминирующих факторов, влияющих на скорость движения пассажирских автомобилей, необходимо учитывать: число полос проезжей части, ширину проезжей части, средний показатель ровности покрытия. Значения средней скорости на участках влияния регулируемых и нерегулируемых перекрестков,

остановочных пунктов, кривых в плане, продольных уклонов н иных выявленных помех, устанавливают с учетом понижающих коэффициентов на заключительном этапе.

Общая средняя скорость движения легковых автомобилей и автобусов на отдельном перегоне определяется по формуле:

У„еР = *в(31У0-р2аяи, (4)

где V - коэффициент, учитывающий средневзвешенное влияние состояния дорожного покрытия на скорость движения потока в зависимости от погодно-клнматическнх условий:

в - коэффициент, учитывающий влияние дорожных условий; У0 - средняя скорость свободного движения рассматриваемой группы автомобилей в потоке;

а, - коэффициент линейного уравнения, полученный при фактическом составе движения (80 % легковых автомобилей в потоке): N - интенсивность движения, авт/ч;

(¡1 к {¡} - поправочные коэффициенты к параметрам линейного уравнения, позволяющие перейти от состава движения, при котором они были получены, к произвольному составу.

При наложении двух и более различных дорожных условий на рассматриваемом участке городской улицы скорость движения автомобилей рассчитывается исходя из условия:

^ом = Упод ■ тт(т3, т4, т5,т6, г7, г8) , (5)

где Упод - средняя скорость движения на подходе к зоне влияния помехи, км/ч;

?э-в - коэффициенты, учитывающие влияние продольного уклона проезжей части, кривых в плане, пересечений со светофорным регулированием, нерегулируемых пересечений улиц, нерегулируемых пересечений с железнодорожными или трамвайными путями, остановочных пунктов, соответственно.

В итоге разработан алгоритм расчета скоростей сообщения легковых автомобилей и автобусов на городских магистралях (рисунок 7).

Учет факторов, действующи в> маршруте даавви

Выделена« факторов, влаавве которых распространяет« на весь перегон:

- ннгагснышмль и состав движения транспортного штока

- количество полос проезжей части и ее ширина

- ровность покрыли

Установлена« коэффициентов уравнен

V, Ть г

ж параметров:

Выделение факторов, действующих на локальном участке:

— кривые в шове

продольный уклон проезжей часта наличие пересечений улиц н дорог со светофорным регулированием

- наличие нерегулируемых пересечений улиц и дорог

— наличие нерегулируемых пересечений с рельсовыми яндамн транспорта

- наличие остановочных пунктов для посадки и высадки пассажиров

Расчет схор остей двжжп на перегонах Уц, входи в маршрут движения автомобилей

Установление зон нлиинжи

выделения их помех

Расчет скоростей даашш на участках нвлоогашн помех

V™ = У.од • «п1п(т3, Т4, Т5, Ть, Т7, Т,)

Расчет скоростей движения яа участках помех

Расчет средней скорости сообщияя различных видов тракпорта на рассматриваемом маршруте:

ЕЕ=1"<

Рисунок 7 - Алгоритм расчета скоростей сообщения на анализируемом маршруте движения легковых автомобилей н маршрутных автобусов

В пятой главе выполнен анализ транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети н маршрутной схемы ПТ г. Томска. Основываясь на результатах обследования трудовых корреспондента) и состояния улиц н дорог, даны рекомендации по корректировке автобусной маршрутной схемы, а также выполнено экономическое обоснование их эффективности.

Анализ условий движения транспортных потоков на УДС г. Томска свидетельствует о перегрузке основных магистралей. На сегодняшний день протяжённость сети магистральных улиц г. Томска составляет 120 км, по которой осуществляется основной объём пассажирских перевозок (более 70 %). За последние 20 лет протяжённость магистральных улиц г. Томска увеличилась менее чем на 10 %, в то время как интенсивность движения транспортных потоков возросла более чем в пять раз. Анализ выполненных обследований показал, что 41,5 % протяженности дорожной cení города не соответствует требованиям к эксплуатационному состоянию проезжей части.

Установлено, что транспортная система г. Томска характеризуется явной диспропорцией в формировании приоритетов развития массового и индивидуального ПТ. Для повышения эффективности работы транспортной системы города и разгрузки центральных магистралей, потребуется перераспределение части маршрутов общественного транспорта на улицы-дублеры, с улучшением их транспортно-эксплуатационного состояния. Учитывая это, разработаны рекомендации, включающие мероприятия различных уровней сложности и капиталоемкости, объединенные в три сценария:

1) Локальная корректировка маршрутной схемы ПТ.

2) Локальная корректировка маршрутной схемы с улучшением транспортно-эксплуатацнонных качеств проезжей части.

3) Организация одностороннего движения на участках пр. Ленина и улицах Советская и Розы Люксембург с их реконструкцией.

В таблице 2 представлены значения средних скоростей движения для всех намеченных сценариев.

Таблица 2 - Результаты расчета средних скоростей движения транспортных потоков для назначенных сценариев

Номер сценария Уровень мероприятий, входящих в сценарий Средняя скорость движения, км/ч

существующее состояние с учетом реализации мероприятий

1 Организационные 17,6 18,7

2 Организационные и ремонтные 20,0

3 Организационные, ремонтно-реконструктивные, кардинальные 17,3 / 22,0 26,1/20,6

Предложенные мероприятия для повышения эффективности функционирования участка дорожной сети города Томска нуждаются в проверке их экономической целесообразности, в основе которой заложен учет затрат

времени на поездки граждан в ОТ. Для этого уточнена экономико-математическая модель оценки эффективности организационно-реконструктивных мероприятий с учетом изменения во времени себестоимости перевозок, стоимости капитальных ремонтов и автомобильного транспорта, которая может быть представлена в виде суммы затрат:

где Кд - дисконтированные затраты, тыс. руб.;

1]!с Т* - сумма транспортных затрат, тыс. руб.;

(1+Ёд) с

~ сУмма потерь времени населения на поездки, тыс. руб.;

Хх - потери от дорожно-транспортных происшествий, тыс. руб.;

(1+Ед)1«

Гс- срок суммирования затрат (расчетный период).

На базе модели выполнен экономический анализ предложенных мероприятий (таблица 3). Результаты аналитических расчетов показывают на достаточно высокий экономический эффект от реализации предлагаемых в работе сценариев. Как видно из таблицы, реализация только организационных мероприятий на сети протяженностью 396 км (сценарий №1), не требующих больших капитальных вложений, позволит получить экономический эффект в размере 680 млн. руб. Добавление ремонтных мер, необходимых для улучшения транспортно-эксплуатацнонного состояния проезжей части улиц (сценарий №2), повысит экономический эффект почти в полтора раза. Реализация комплекса мероприятий, включающих реконструкцию участков УДС (сценарий №3), несмотря на необходимость вложения крупных денежных средств, позволит получить значительный ежегодный эффект в размере 4 345 млн. руб. при сравнительно небольшом сроке окупаемости 1,8 лет.

Таблица 3 - Экономические показатели разработанных мероприятий в ценах 2014 г.

Номер сценария Чистый дисконтируемый доход, млн.руб. Срок окупаемости капиталовложений, лег Ежегодный экономический эффект АЭ, млн.руб.

1 4 368 3,5 680

2 5 748 2,7 975

3 37 557 1,8 4 345

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Установлены корреляционные зависимости, отражающие изменение средних скоростей движения массового и индивидуального транспорта в зависимости от интенсивности транспортного потока н числа полос проезжей части. Теснота связи между изучаемыми факторами подтверждается значениями коэффициентов корреляции II2, изменяющимися в пределах от 0,83 до 0,95.

2) Разработаны математическая модель и алгоритм расчета средних скоростей движения массового и индивидуального транспорта, позволяющие учесть комплекс факторов, определяющих дорожные условия (ровность покрытия, регулируемые и нерегулируемые перекрестки с транспортными и пешеходными потоками, пересечения с рельсовыми видами транспорта, остановочные пункты), геометрические параметры (количество полос движения и ширина проезжей части, кривые в плане, продольные уклоны) н характеристики транспортных потоков (интенсивность н состав движения), включая их сочетания. Адекватность модели подтверждают значения коэффициентов линейной корреляции, которые составили для легковых автомобилей г = 0,78, автобусов - г=0,74.

3) Уточнена методика совершенствования маршрутной схемы пассажирского транспорта для условий крупного города, в увязке с транспортно-эксплуатационным состоянием улнчно-дорожной сети. Ее суть заключается в «склеивании» отдельных звеньев транспортной сети и последовательном формировании набора конкурирующих вариантов маршрута, один из которых в дальнейшем войдет в состав рациональной маршрутной схемы, учитывающей интересы пользователей массового и индивидуального транспорта. Это позволит обеспечить повышение скорости движения всего транспортного потока и как результат уменьшить затраты времени населения на перемещения.

4) Уточнена экономико-математическая модель оценки эффективности организационно-реконструктивных мероприятий с учетом изменения во времени себестоимости перевозок, стоимости капитальных ремонтов н автомобильного транспорта. На базе модели выполнен экономический анализ мероприятий различных уровней сложности и капиталоемкости, разработанных для повышения эффективности функционирования дорожной сети города Томска. Установлено, что реализация организационных мероприятий (на сети протяженностью 396 км) совместно с улучшением транспортно-эксплуатацнонных качеств проезжей части, позволит повысить скорость движения на 13 % и получить годовой экономический эффект в социальной сфере 975 млн. руб. в ценах 2014 г.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Публикации в ведущих научных рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Мияобрнауки России

1. Бурлуцкий, А А. Особенности функционирования массового пассажирского транспорта в г. Томске / АА. Бурлущсий. У/ Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ, 2009. - №4. - С. 192-201. (0,62 пл.).

2. Бурлуцкий, АА. Оценка транспортных задержек на участках улиц со светофорным регулированием методом имитационного моделирования / A.A. Бурлуцкий, Е.Ю. Киргисарова. // Вестник ТГАСУ. - Томск; Изд. ТГАСУ. 2009. -№4. - С. 202-206. (0,31 п.л./0.1б п.л.).

3. Бурлуцкий, А А. Анализ опыта формирования оптимальных маршрутных схем городского пассажирского транспорта / A.A. Бурлуцкий. // Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ, 2013. - №2. - С. 371-380. (0.62 п.л.).

4. Сидоренко, H.H. Обоснование мероприятий по повышению эффективности функционирования транспортного комплекса «Пушкина - Комсомольский» -«Иркутский тракт - 1-я Рабочая» - «Душкина - Яковлева» в г. Томске / H.H. Сидоренко. A.A. Бурлуцкий, Д.В. Вьюгов. // Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ. 2013. - №3. - С. 360-366. (0,44 п.л./0,19 п.л.).

5. Сидоренко, H.H. Экономическое обоснование проектных решений при проектировании автомобильных дорог и транспортных сооружений с учетом изменения во времени себестоимости перевозок, стоимости ремонтных работ, заработной платы работающего населения / Н.Н.Сидоренхо, А.А Бурлуцкий. II Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ. 2014. - Ш. - С. 135-141. (0,44 п.лУ0,19 п.л.).

II. Статьи в научных журналах, сборниках научных трудов ■ материалов научно-практических конференций

1. Сидоренко, H.H. Состояние у лично-дорожной сети г. Томска и мероприятия по улучшению её качеств и развитию / H.H. Сидоренко, A.A. Бурлуцкий. // Вестник ТГАСУ. - Томск: Изд. ТГАСУ. 2005. - №1. - С. 200-204. (0,31 п.л./0,12 п.л.).

2. Сидоренко, H.H. Исследование интенсивности движения транспортных потоков на улично-дорожной сети города Томска и прогнозирование изменения се во времени / H.H. Сидоренко. A.A. Бурлуцкий // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений: Материалы I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 24-25 мая 2006 г. Омск: Изд-во СибАДИ. 2006. - Книга 1. - С. 8-14. (0,44 п.л./0,19 п.л.).

3. Сидоренко, H.H. Определение потерь от ДТП на магистральных улицах г. Томска / H.H. Сидоренко, АА. Бурлуцкий. Е.Ю. Киргисарова // Материалы Вссрос. научно-практ. конф. "Инновации, качество, образование — перспективы развития дорожного комплекса России". - Барнаул. 2007. - С. 154-157. (0.25 п.л./0.12 п.л.).

4. Сидоренко, H.H. Исследование скорости движения автомобилей на городских улицах и дорогах с плотной застройкой / H.H. Сидоренко. В.Г. Оккель, АА. Бурлуцкий.

Е.Ю. Киргисарова tí Сборник докладов «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечения безопасности движения». - Белгород: Изд. БГТУ. 2007. - С. 277-281. (0,31 п.л./0,12 п.л.).

5. Бурлуцкий, A.A. Совершенствование маршрутных систем крупных городов с плотной застройкой / А А. Бурлуцкий, Е.Ю. Киргисарова, A3. Гаврюшенко.// Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: Материалы Ш Всероссийской научно-практической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. - Омск: иэд-во СпбАДИ, 2008. - Книга 1. - С. 32-34. (0.19 п.лУ0Д2 пл.).

6. Бурлуцкий, A.A. Моделирование транспортных систем городов с использованием программного продукта VISUM [Электронный ресурс] / А.А Бурлуцкий, Е.Ю. Киргисарова // Первая открытая интернет-конференция, посвяшеняал обсуждению городской транспортной стратегии в РФ. Секция №4: Моделирование транспортных схем городов. - 2009. - Режим доступа: http://\vw\v.600volt.rU/conf7repoil/read/7. (0.38 п.л./0,25 п.л.).

7. Бурлуцкий, A.A. Особенности функционирования массового пассажирского транспорта в г. Томске [Электронный ресурс] / A.A. Бурлуцкий, Е.Ю. Кпргпсарова // Первая открытая интернет-конференция, посвященная обсуждению городской транспортной стратегии в РФ. Секция №4: Моделирование транспортных схем городов. - 2007. - Режим доступа: http://wvvw.600volt.ni/coiif/repoil/read/8. (l.OO п.л./0,б2 п.л.).

8. Бурлуцкий, А А. Уточнение математических моделей и алгоритма расчета скоростей движения легковых автомобилей и автобусов для условий крупного города i A.A. Бурлуцкий // Материалы I Международной научной конференции студентов и молодых ученых - Томск: Изд. Том. гос. архит.-строит, ун-та, 2014- С. 369-370. (0,12 п.л.).

Бурлуцкий Андрей Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ СЕТИ КРУПНОГО ГОРОДА НА ОСНОВЕ УЧЕТА ЕЁ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПОТОКАМИ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА (НА ПРИМЕРЕ Г. ТОМСКА)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, _метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей_

Подписано в печать «02» апреля 2015 г.

Формат 60x84/ 16. Бумага офсет. Гарнитура Тайме, печать офсет. Уч.-изд.л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 131.

Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2 Отпечатано с оригинал-макета ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15

, j-- Д794

0016492

2010016492