автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Оценка транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог по состоянию транспортного потока

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

На правах рукописи

ГАСАНОВ Гасан Магомедович

ОЦЕНКА ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ПО СОСТОЯНИЮ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА (05.23Л1 - Автомобильные дороги и аэродромы)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.В.СИЛЬЯНОВ

Научный консультант кандидат технических наук М.Т.РАБОТЯГА

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

ГЛАВА 1. Состояние проблемы повышения транспортно-эксплуатационного

состояния автомобильных дорог............................................................8

1.1. Современное состояние сети автомобильных дорог России

и перспективы ее развития ....................................................................8

1.2. Существующие методы оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.............................................................17

1.3. Исследование закономерностей движения транспортных потоков для задач оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог ..........................................................................23

1.4. Цели и задачи исследования ................................................................27

Выводы по главе 1........................................................................................29

. ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования режимов движения

г

транспортных потоков на двухполосных

автомобильных дорогах........................................................................30

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований..................30

2.2. Режим движения транспортного потока на двухполосных автомобильных дорогах........................................................................42

2.3. Характеристики режима движения автомобилей при обгонах...........53

2.4. Оценка времени в пути и потерь времени участниками движения

на двухполосных автомобильных дорогах..........................................63

Выводы по главе 2 .......................................................................................69

ГЛАВА 3. Имитационное моделирование на ЭВМ движения транспортных потоков для оценки транспортно-эксплуатационных качеств

двухполосных автомобильных дорог...................................................70

3.1. Особенности имитационного моделирования

транспортных потоков..........................................................................70

3.2. Алгоритм и реализация имитационной модели движения транспортных потоков на двухполосной автомобильной дороге.......77

3.3. Описание блок-схемы имитационной модели движения транспортных потоков на двухполосной автомобильной дороге.......87

3.4. Оценка адекватности работы имитационной модели движения транспортного потока........................................................................100

Выводы по главе 3......................................................................................106

ГЛАВА 4. Прогнозирование и оценка транспортно-эксплуатационных

качеств двухполосных автомобильных дорог..................................107

4.1. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств двухполосных автомобильных дорог на основе имитационного моделирования

на ЭВМ движения транспортных потоков........................................107

4.2. Прогнозирование и оценка пропускной способности двухполосных автомобильных дорог................................................112

4.3. Совершенствование прогнозирования и оценки безопасности движения на двухполосных автомобильных дорогах......................119

4.4. Экономически целесообразная загрузка движением двухполосных автомобильных дорог и оценка экономической эффективности

от улучшения их транспортно-эксплуатационных качеств..............127

Выводы по главе 4......................................................................................137

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................................138

ЛИТЕРАТУРА ...................................................................................................140

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях перехода к рыночной экономике все большое значение в повышении эффективности народного хозяйства приобретает автомобильный транспорт - единственный вид транспорта, обеспечивающий доставку пассажиров и грузов от двери до двери. Экономическая эффективность работы автомобильного транспорта полностью зависит от состояния дорожной сети и условий движения на дорогах.

Автомобильные дороги представляют собой весьма капиталоемкими и сложными сооружениями. В то же время при правильной их эксплуатации они могут быть достаточно рентабельными транспортными сооружениями.

Проектирование дорог должно быть направлено на достижение их высоких транспортно-эксплуатационных качеств при минимуме строительных затрат и материалоемкости строительства.

Протяженность автомобильных дорог, частое изменение по их длине характеристик дорожных условий, большое число сочетаний факторов, подлежащих учету при определении транспортно-эксплуатационных показателей, требует выполнения значительного объема вычислительной работы.

Возрастающие требования, предъявляемые к состоянию автомобильных дорог, вызывают необходимость разработки новых методов оценки вариантов проектных решений с использованием новых критериев: по скоростям движения одиночных автомобилей, по средним скоростям движения транспортных потоков, по безопасности и удобству движения, по влиянию движения автомобилей на окружающую среду, по расходу топлива, по оценке возможности проезда в пункт назначения в установленное время и т.п.

Сложившиеся научные направления в разработке методов оценки проектных решений вновь проектируемых дорог и транспортных качеств дорог, находящихся в эксплуатации, внесли большой вклад в повышение эффективности транспортной работы дорог. Вместе с тем происходят существенные изменения

в тенденциях проектирования и конструктивных решениях современных автомобилей, значительно повышается их грузоподъемность и динамичность. В большинстве случаев автомобилестроители не учитывают состояние дорог, их геометрические параметры и допустимые весовые нагрузки. Это вызывает преждевременное разрушение дорог и снижение уровня удобства движения для пользователей дорог. Положение усугубляется чрезвычайно высокими темпами роста интенсивности движения на дорогах, особенно на подходах к крупным городам.

В этих условиях существующие методы оценки состояния дорог и их транспортных качеств требуют взаимной увязки с тем, чтобы выработать единый системный подход к исследованию многочисленных и разнообразных факторов, влияющих на условия движения по автомобильным дорогам.

Общим для большинства подходов при изучении влияния дорожных условий на режим движения потоков автомобилей можно считать предположение о возможности исследования состояния транспортных потоков на отдельных, изолированных элементах дороги, без учета влияния предыдущих и последующих участков. Такой подход позволяет исследовать влияние на движение транспортных потоков участков автомобильных дорог относительно большой протяженностью и с постоянной геометрией. Вместе с тем оценить транспорт-но-эксплуатационные качества всей дороги только по таким участкам, которые могут составлять значительную часть протяженности дороги, не всегда возможно.

При движении транспортных потоков, особенно высокой интенсивности, существенное, а в некоторых случаях и решающее влияние на эффективность транспортной работы оказывают участки сочетания различных геометрических элементов. Под участком сочетания подразумевают место последовательного сочетания двух участков автомобильной дороги, имеющих различные транспортные качества. Движение транспортных потоков по участкам с изменяющимися дорожными условиями характеризуются неустановившимся режимом

движения, образованием очередей, появлением и распространением ударных волн, возникновением заторов. Так, например, на продольном профиле участки сочетания геометрических элементов автомобильных дорог часто совпадают с вертикальными выпуклыми и вогнутыми кривыми малого радиуса, вызывая резкое ухудшение условий движения и повышение опасности движения.

Анализ изменения скоростей движения на участках сочетания геометрических элементов показывает, что игнорирование учета особенностей движения транспортных потоков на этих участках приводит к завышенной оценке их транспортно-эксплу атационных качеств.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью разработки комплексного подхода к оценке транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог по условиям движения транспортных потоков различной интенсивности.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработке научно обоснованных методов оценки и прогнозирования транспортно-эксплуатационных показателей двухполосных автомобильных дорог на стадии их проектирования и эксплуатации по условиям движения транспортных потоков.

На защиту выносятся:

- методы оценки транспортно-эксплуатационных качеств двухполосных автомобильных дорог по характеристикам движения транспортных потоков (скоростям движения, потерям времени в пути при перевозке грузов и пассажиров, пропускной способности и безопасности движения), разработанные в результате теоретических исследований, имитационного моделирования на ЭВМ транспортных потоков и проведенных натурных экспериментов;

- разработанный алгоритм и программа имитационного моделирования на ЭВМ движения транспортных потоков по двухполосным автомобильным дорогам, позволяющие прогнозировать их транспортно-эксплуатационные качества;

' - характерные показатели, которые могут быть использованы при оценке

транспортно-эксплуатационного состояния двухполосных автомобильных дорог.

Структура диссертации. Работа состоит из четырех глав.

Первая глава посвящена изучению состояния вопроса. В ней поставлена задача исследования.

Во второй главе рассмотрены методики экспериментальных исследований, результаты исследований режимов движения транспортных потоков на двухполосных дорогах, исследованы дистанции и интервалы между автомобилями при обгонах, влияние дорожных условий на потери времени в пути.

В третьей главе приводится описание имитационного моделирования на ЭВМ движения транспортных потоков по двухполосным автомобильным дорогам. Приводится методология разработки имитационной модели, алгоритм и ^ ' результаты реализации имитационной модели транспортного потока, произведена оценка адекватности работы имитационной модели в сопоставлении с движением транспортных потоков в реальных условиях. Оцениваются характеристики движения транспортного потока, учитываемые при комплексной оценке транспортных качеств двухполосных автомобильных дорог.

В четвертой главе представлены рекомендации по прогнозированию и оценке транспортно-эксплуатационных качеств двухполосных автомобильных дорог, результаты оценки экономической эффективности от улучшения транспортных качеств дорог и величины ряда показателей транспортной работы двухполосных дорог.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и содержит 154 страницы машинописного текста, 39 рисунков, 20 таб-к лиц. Библиография охватывает 143 источника, в том числе 15 на иностранных языках.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1.1. Современное состояние сети дорог России и перспективы ее развития

В комплексной системе хозяйственного механизма страны народного хозяйства России важнейшая роль принадлежит автомобильным дорогам. Автомобильные дороги имеют огромное социальное, экономическое и политическое значение. Особенно их роль возрастает в период перехода к рыночной экономике, когда автомобильных транспорт преобладает в перевозочном процессе.

Это артерии сложнейшего организма, которые несут людям прогресс, цивилизацию, возможность их взаимного общения как внутри страны, так и с другими государствами.

Дорожное хозяйство - важнейшая составная часть дорожно-транспортного комплекса, включающая сеть дорог общего пользования, промышленные и сельскохозяйственные дороги, городские дороги и улицы, а также предприятия, сооружения и организации, обеспечивающие его нормальное функционирование.

На 1 января 1998 г. (рис. 1.1.) общая протяженность дорог России достигала 927 тыс. км, в том числе дорог общего пользования - 560 тыс. км, что для такой страны, как Российская Федерация, крайне мало. Низки и темпы ввода дорог в эксплуатацию (рис. 1.2.). Характерно, что 50% протяжения автомобильных дорог не отвечают требованиям, предъявляемым к их транспортно-эксплуатационным качествам.

Протяженность автомобильных дорог на 1000 кв. км территории в России в 5-30 раз ниже, чем в развитых зарубежных странах. Показатель плотности ав-

томобильных дорог на тысячу жителей России также один из самых низких в мире. По обеспеченности автомобильными дорогами Россия находится на предпоследнем месте среди бывших республик СССР. Плотность сети автомобильных дорог на Европейской части России в 6 раз меньше, чем в Латвии, в 5 раз меньше, чем в Эстонии, в 3 раза меньше, чем на Украине.

600 500 400 300 200 100 о

•с твердым покрытием

•общая

протяженность

1980 1985 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Рис. 1.1. Протяженность автомобильных дорог общего пользования в тыс. км

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

Рис. 1.2. Ввод в действие автомобильных дорог общего пользования

(1989-1997 гг.) в тыс. км

В стране практически отсутствуют современные автомобильные магистрали, хотя потребность в них, исходя из интенсивности движения и быстрорастущего парка автомобилей оценивается [77] величиной более 6 тыс. км при фак-

тическом наличии многополосных дорог - 2100 км. Причем более трети из этих магистралей требуют реконструкции с переустройством параметров дороги, около половины нуждаются в усилении дорожных одежд. В ближайшие годы потребность в таких дорогах, особенно на подходах к городам и крупным населенным пунктам, будет возрастать.

Предварительная оценка показывает, что для удовлетворения социально-экономических потребностей страны минимальная протяженность сети автомобильных дорог страны должна составлять 1500 тыс. км.

В целом, общая упущенная выгода экономики России от бездорожья и плохого состояния дорог оценивается более чем в 60 трлн. руб. в год (в ценах 1998 года).

При нынешнем техническом состоянии дорожной сети автомобиль расходует почти в 1.5 раза больше горючего, чем в развитых зарубежных странах. Стоимость эксплуатации автомобилей возрастает в 2.5-3.4 раза (рис.1.3. и 1.4.), ^ * срок службы автомобильных шин сокращается в 1.15-1.8 раза, срок службы автомобиля сокращается на 30%.

350 300 250 200 150 100 50 0

отл. 2,3 м/км хор. 4,6 м/км удовл. 6,9 м/км плохая 9,3 м/км

ровность покрытия

Рис. 1.3. Влияние ровности дорожного покрытия на затраты

на ремонт автомобилей

ровность покрытия

Рис. 1.4. Влияние ровности дорожного покрытия на себестоимость перевозок

Рис. 1.5. Аварийность на автомобильных дорогах России

Только за счет средних скоростей движения на дорогах России, которые более чем в 2 раза ниже, чем в Европе (80 км/час), стоимость перевозки грузов выше на 20%.

На дорогах страны имеет место высокий уровень аварийности (рис. 1.5). Вместе с тем за последние годы после 1993 года, когда было зарегистрировано наибольшее число погибших на дорогах 37100 чел., наметилась тенденция снижения общего числа пострадавших и погибших в дорожно-транспортных происшествиях. Эта тенденция видимо связана с резким увеличением количества автомобилей на дорогах и некоторым снижением в связи с этим скоростей движения, а также с интенсивными работами по выполнению первой Федеральной целевой программы повышения безопасности движения на дорогах России 1996-1998 годов [77].

В результате перечисленных выше причин Российская Федерация имеет самый высокий удельный показатель транспортной составляющей в себестоимости продукции, который в отдельных отраслях, например в агропромышленном комплексе, превышает 50%. Это приводит в росту стоимости товаров, делает их не конкурентоспособными. Хотя чистая прибыль пользователей дорог с улучшением дорожных условий возрастает (рис. 1.6 - 1.7).

Начавшийся в России процесс экономических реформ оказал влияние на структурные изменения в транспортной системе страны. В последние годы резко возрос спрос на автомобильные перевозки, что связано не только с повышенным спросом грузоотправителей к скорости отправки и доставки грузов, но и со структурой изменения транспортных тарифов, которые в период с 1992 по 1998 гг. на автомобильном транспорте возросли более чем в 8000 раз, а на железнодорожном транспорте в 16000 раз.

Наметился устойчивый процесс перехода части железнодорожных перевозок на автомобильные, особенно на короткие расстояния до 500 км.

Несмотря на спад экономики, по данным учета движения наблюдается рост интенсивности движения