автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Влияние геометрических параметров двухполосных загородных дорог на аварийность

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛОСНЫХ ЗАГОРОДНЫХ ДОРОГ НА АВАРИЙНОСТЬ

Специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, аэродромов, мостов, метрополитенов и транспортных тоннелей

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 В МАЙ Ш

Владимир 2013

005058650

005058650

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ).

Научный руководитель Семёхин Эдуард Фролович

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Самодурова Татьяна Васильевна

доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов

Глагольев Алексей Анатольевич

кандидат технических наук ведущий эксперт, Филиал ФКУ Росдортехнология ЦФО

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное уч-

реждение высшего профессионального образования Тамбовский государственный технический университет

лл _

Защита состоится 16 мая 2013 года в 13 час .на заседании диссертационного совета Д212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд.3220; тел./ факс: (473)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежского ГАСУ.

Автореферат разослан 15 апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.И. Колосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Транспорт играет центральную роль в процессе развития. Он обеспечивает передвижение товаров и услуг. Однако наряду с тем, что транспортные инвестиции способствуют экономическому развитию страны, они создают определенные угрозы и риски. В первую очередь это угроза потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП).

В 2009 году на автомобильных дорогах мира погибло 1,3 млн. чел и более 50 млн. получили ранения различной степени тяжести. На территории Российской Федерации поданным Государственной инспекции безопасности дорожного движения за 2009 год произошло 203 603 ДТП, в результате которых погибло 26 084 человека и 257 034 получили травмы различной степени тяжести. Из них, по данным того же источника, 18,72% дорожно-транспортных происшествий произошло по причине неудовлетворительного состояния дорог, к которому можно отнести и несоответствие существующих трасс требованиям нормативных документов.

Существующие методы оценки аварийности во многом морально устарели, поскольку разрабатывались в 70-80 е гг. XX века и ориентировались на транспортные потоки малых интенсивностей и скоростей движения. Многие из них имеют недостатки не только в качественном плане (точность прогнозов, возможность прогноза на разные периоды времени), но и в количественном плане (отсутствие учета важных параметров, элементов и ситуаций). Корректировка этих методов или разработка новых не проводится в настоящее время. Снижение точности прогноза количества ДТП при помощи таких методов, как метод «итоговых коэффициентов аварийности», свидетельствует также о возможной необходимости корректировки конкретных коэффициентов и введен™ новых.

Цель диссертационной работы - разработка метода оценки аварийности на загородных двухполосных автомобильных дорогах и рекомендаций по повышению безопасности движения на основании исследования влияния геометрических параметров дороги на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие. Основными задачами при достижении цели являлись:

- Определение взаимных зависимостей параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог;

- Разработка логико-вероятностной модели влияния геометрии автомобильной дорога на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие;

- Нахождение регрессионных уравнений вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие под влиянием параметров плана, продольного и поперечного профиля автомобильных дорог;

- Разработка рекомендаций по применешпо параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог при реконструкции и при новом строительстве, способствующих снижению количества вовлекаемых в дорожно-транспортное происшествие автомобилей.

Объект исследования - дорожно-транспортное происшествие в рамках вопроса вовлечения в них транспортных средств под влиянием отдельных геометрических параметров автомобильных дорог, а также под воздействием геометрической составляющей.

Методы исследования. Дня обработки исходных данных и данных натурных измерений использовались методы статистического анализа и логико-вероятностного моделирования, взятые из технической и научной литературы. В качестве основы научных исследований послужили труды советских и российских ученых в области обеспечения безопасности дорожного движения, таких как Бабков В.Ф., Чванов В.В., Столяров В.В., Живописцев И.Ф., Васильев А.П., Лобанов Е. М., Сильянов В.В. и др., а также исследования зарубежных ученых, таких как Borr (Vogt А.), Икеда (Ikeda Т.), Кирк (Kirk S.), Хауер (Hauer Е.) и др. В литературно-патентном обзоре сравнивались нормативные документы на предмет несовершенства геометрических параметров, а также методы оценки аварийности, применяемые в настоящее время в нашей стране и за рубежом. Научная новизна работы:

- Определены взаимные сочетания параметров геометрии в рамках вопроса нахождения неизвестных величин по известным величинам;

- Применен математический аппарат логики вероятностей к оценке степени влияния геометрических параметров автомобильной дороги на аварийность;

- Разработана достоверная стохастическая модель возникновения дорожно-транспортного происшествия на основе статистических дан-

ных при использовании автоматизированного банка дорожных данных «Дорога» и результатов натурных наблюдений;

- Определены величины параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог (угол поворота горизонтальной кривой, радиус горизонтальной кривой, длина горизонтальной кривой, длина прямолинейного участка, продольный уклон проезжей части, радиус вертикальной вогнутой кривой, радиус вертикальной выпуклой кривой, длина вертикальной вогнутой кривой, длина вертикальной выпуклой кривой, ширина полосы движения проезжей части, ширина обочины дорога, поперечный уклон проезжей части), негативно влияющих на безопасность;

- Предложена методика определения количества транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия на конкретных участках автомобильной дороги при конкретных сочетаниях геометрических параметров за прогнозируемый промежуток времени.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением научно обоснованных методов исследований, статической обработкой полученных данных, опытной проверкой результатов, а также согласованностью основных положений представленной работы с результатами исследований других авторов.

Практическая ценность результатов. Данная научная работа развивает теорию влияния факторов на аварийность. Это позволит более точно прогнозировать количество автомобилей, вовлеченных в транспортные аварии, раненых и погибших в ДТП и материальный ущерб от аварийности на автомобильных дорогах.

Дан анализ применяемых геометрических параметров на автомобильных дорогах разных технических категорий на предмет соответствия существующим нормативным документам.

Применение разработанной методики дает возможность оценить один из основных абсолютных показателей аварийности на современных автомобильных дорогах - число автомобилей, вовлеченных в дорожно-транспортные происшествия, и в первом приближении позволяет определить на прогнозируемый период экономические потери от аварийности, а также альтернативные экономические потери при снижении общего числа транспортных средств на величину вовлеченных в ДТП под влиянием геометрических параметров при использовании величин геометрических эле-

ментов согласно регламентированных значений по результатам исследования.

Область применения результатов - проектирование, реконсгрук-ция и капитальный ремонт автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения в рамках вопроса оценки аварийности. Корректировка нормативов плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог в дополнение к СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и ГОСТ Р 53299 - 2005 «Геометрические элементы автомобильных дорог».

Апробация и внедрение результатов. Некоторые положения диссертационной работы были доложены на 68, 69 ежегодных научно-практических конференциях МАДИ в 2009, 2010 гг. а также были представлены на международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» в г. Могилев в 2011 (Беларусь). Основные результаты данной работы были вынесены на слушание и одобрены на международной технической конференции «Новые дороги Россию» в г. Пенза в 2011 г.

Результаты работы в рамках вопроса влияния углов поворота горизонтальных кривых на аварийность были внедрены в проектно-сметное бюро СДРСУ г. Владимира в виде рекомендаций к применению.

Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносится следующее:

- логико-вероятностная модель оценки степени совместного влияния геометрических параметров автомобильных дорог на аварийность;

- регрессионные модели влияния отдельных параметров плана, продольного и поперечного профилей на аварийность;

- дисперсионные картины совместного применения параметров плана, продольного и поперечного профилей;

- методика оценки уровня аварийности на автомобильных дорогах с применением логико-вероятностной модели совместного влияния геометрических параметров автомобильной дороги

- рекомендации по применению параметров плана, продольного профиля и поперечного профиля на основе законов распределения и дисперсионных картин.

Публикации. Основные результаты были опубликованы в 13 научных работах общим объемом 103 страницы. Три работы опубликованы в

изданиях, рекомендованных ВАК: «Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура», «Дорога и мосты».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] на примере углов поворота горизонтальных кривых была предложена схема определения вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие; в работах [2, 3] была предложена методика определения количества вовлекаемых в ДТП транспортных средств на прогнозируемый период времени, а также предложены рекомендации по применению отдельных геометрических параметров автомобильных дорог.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, изложенных на 141 странице машинописного текста, заключения, списка используемой литературы, содержащего 99 наименований, и 8 приложений. Диссертация содержит 31 рисунок и 51 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность выбранной темы диссертационного исследования, показана его научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и оснозные задачи.

Первая глава посвящена анализу роли геометрической составляющей в вопросе формирования дорожно-транспортного происшествия на автомобильной дороге.

Впервые предложена новая классификация элементов автомобильных дорог состоящая из пяти основных составляющих: человеческой, ситуационной, геоклиматической, транспортной и геометрической с пояснениями их содержания. Предложена схема взаимодействия этих составляющих. Обосновано влияние геометрической составляющей на протяжении межреконструкционного срока автомобильной дороги. Дана подробная классификация геометрических параметров.

Дано описание методам оценки аварийности, применяемых в настоящее время на территории разных стран. Указаны положительные и отрицательные их стороны. Отмечены недостатки применяемых методов и обоснована необходимость разработки новых.

Сравнены нормативные документы стран с разными уровнями ава- • рийности на автомобильных дорогах: Канада, США, ЮАР, Россия и др. с

целью определения полного спектра геометрических параметров на автомобильных дорогах, учтенных нормативами и неохваченных ими.

Рассмотрены различные аспекты влияния геометрических параметров автомобильных дорог на характер движения транспортных средств, на психоэмоциональное состояние водителей.

Дано обоснование выбора геометрической составляющей в качестве приоритетной при разработке метода прогнозирования и оценки аварийности на автомобильных дорогах. Указаны ограничения применимости влияния геометрии на аварийность.

Вторая глава посвящена разработке стохастической модели влияния геометрических параметров на аварийность на двухполосных загородных автомобильных дорогах с применением принципов логики вероятностей.

Впервые была описана логико-вероятностная модель работы (отказа) многофакторной системы влияния геометрических параметров на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие. Она описывается следующим уравнением:

где — вероятность невовлечения транспортного средства в ДТП под воздействием /-го параметра геометрии (/' = 1, 2,..., и- 1, и), (£?<= 1 - Л). д-е.; Р, - вероятность вовлечения в ДТП под воздействием »'-го геометрического параметра {(/ = 1, 2,..., и- 1, и), (Р,= 1 - {?,)> Де- У«~функция работы (под работой подразумевается безаварийный проезд участка автомобильной дороги автомобилем); У^ - функция отказа (под отказом понимается вовлечение автомобиля в дорожно-транспортное происшествие на анализируемом участке дороги).

Дана зависимость количества автомобилей, вовлеченных в дорожно-транспортное происшествие от годовой интенсивности дорожного движения (количества транспортных средств, прошедших через участок в год).

На рис. 1 эта зависимость представлена в графическом виде.

г.=а а а • а-. а,

X=р,+а-ц

(1) (2)

Гсдовая хитенсченосгь движения: фиэ ед /г

Рис.1. Изменение уровня риска попадания в ДТП одного автомобиля в зависимости от количества прошедших через сечение транспортных средств в год

Предложен механизм взаимодействия этой зависимости и логико-вероятностной модели, а также эмпирического коэффициента А", учитывающего разнородность участков по геометрической сложности и нивелирующего участки концентрации дорожно-транспортных происшествий. Этот коэффициент зависит от интенсивности дорожного движения, а также от протяженности подлежащего оценке участка автомобильной дороги. При этом целесообразность введения данного коэффициента определяется сравнением номинальной протяженности оцениваемого участка и протяженности критического по длине участка. Коэффициент К находится по формуле 4.

1*1) I (4^

где К— эмпирический коэффициент, / —интенсивность движения, авт./сут.; I - длина участка автомобильной дороги, км.

Окончательная формула модели влияния геометрических параметров на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие на двухполосных загородных автомобильных дорогах будет определятся следующим образом (формула 5).

где Р ,,,,„, - вероятность вовлечения автомобиля в аварию под воздействием набора «геометрических параметров), д.е.; <2, - вероятность невовлечения транспортных средств в ДТП под воздействием /-го параметра геометрии (/ = 1, 2,..., п- I, л), (0, = 1 - Л), д-е.; Р, - вероятность вовлечения автомобиля в ДТП под воздействием/-го геометрического параметра (/ = 1, 2,..., п- 1, п)\К - эмпирический коэффициент; - длина подлежащего

оценке участка автомобильной дороги, км.

Нахождение Р, и (), будет основываться не на нахождении вероятности по закону распределен™, а на нахождении частости вовлечения транспортного средства в ДТП под воздействием /-го геометрического параметра автомобильной дороги при большом числе опытов (аварий).

Общее определение частости появления события А может быть выражено формулой.

где Р(А) - частость появления события А; М(А) - количество опытов, где событие А явилось итогом; Л'-общее число проведенных опытов.

На основании формулы 6, при известном общем количестве вовлеченных автомобилей в ДТП под воздействием /-го параметра геометрии, а также при известном количестве транспортных средств, вовлеченных в аварию при нахождении /-го параметра геометрии в определенном интервале рассматриваемого диапазона, можно рассчитать вероятность вовлечения автомобилей в ДТП при определенных значениях /-го параметра геометрии. При неограниченном увеличении общего числа опытов, и числа опытов, следствием которых явилось наступление события/}, частость по математическому смыслу становится тождественна вероятности.

При невозможности инструментального определения одного или нескольких геометрических параметров, их значения будут определяться, как интервал возможных значений на основании наиболее распространенных взаимных сочетаний параметров. Картина, отображающая взаимосвязь двух параметров представлена на рис. 2.

(6),

Рис.2. Дисперсионная картина взаимосвязи радиуса и угла поворота горизонтальной кривой

Формульное описание этой взаимосвязи представлено ниже.

Нижняя граница а = 2.47+31,21 • ехр(---—) (7)

157,16

?

Главная последовательность а = 5,08 + 64,35-ехр(--:-)

(8)

416,99

( (K-IOOI,I4\ И 100,24 arelan - +-

„ i l -337,15 ) 2 ) ,Qч

Верхняя граница а = 3.52 +------(■')

7t

Обозначение нижних и верхних границ картины имеет 95% точность, за пределы указанных границ будет выходить не более 5% точек в совокупности.

Третья глава посвящена расчетам на основании экспериментальных данных по дорожно-транспортным происшествиям и геометрическим параметрам разных дорогв разных регионах Российской Федерации путем натурных измерений по 165 автомобильным дорогам федерального, межмуниципального и местного значений общей протяженностью 10974.1 км, а также данных, полученных из таблиц автоматизированного банка дорожных данных «Дорога» по 64 объектам общей протяженностью 10099.8 км. На всей протяженности исследованных дорог произошло порядка 50 000 дорожно-транспортных происшествий.

На рис.3 представлен многоугольники частостей (вероятностей) вовлечения в ДТП одного автомобиля от величины продольного уклона для различных категорий автомобильных дорог.

Такие графики были получены для всех геометрических параметров автомобильных дорог И, III, IV технических категорий.

2 категория автомобильной дороги :

3 категория автомобильной дороги ;

4 категория аыомобнлыюи дороги

Рис. 3. Многоугольник частостей вовлечения транспортного средства в ДТП под влиянием продольного уклона проезжей части автомобильных дорог

Для каждой взаимосвязи по каждой категории были предложены уравнения регрессии с указанием коэффициента корреляции реальных данных и теоретических.

Научная новизна работы заключается также в нахождении с использованием найденных в работе уравнений регрессии частных коэффициентов аварийности, корректирующих значенияг полученные В.Ф. Бабковым по ряду параметров, а также в нахождении частных коэффициентов аварийности, ранее никем не определенных. Произведено сравнение полученных результатов с результатами ранее проведенных исследований.

0.25

0.20

0.05

опасных значении

Область приемлемых -точений Область рекомендуемых значений

—I—

10 20 30 40 50 60 70

Величина продольного уклона проезжей части,1

Четвертая глава посвящена подведению итогов проделанной работы, а также расчетам аварийности на реальных автомобильных дорогах с целью проверки адекватности разработанной методики. Вся методика может быть выражена следующим алгоритмом:

1. Фиксирование геометрических параметров, категории и реальной интенсивности дорожного движения. Сбор данных может быть произведен только по ряду параметров, остальные будут найдены по зависимостям взаимных сочетаний геометрических параметров;

2. Согласно зависимостей взаимных сочетаний параметров определение недостающих параметров;

3. Обоснование применения коэффициента К. При необходимости -его нахождение. Расчет базового значения риска;

4. Определение Рф по каждому известному геометрическому параметру (включая найденные по дисперсионным картинам);

5. Определение вероятности вовлечения автомобиля в ДТП под воздействием всего набора влияющих параметров при использовании уравнений регрессии, найденным по многоугольникам частостей вовлечения транспортных средств в дорожно-транспортное происшествие. При необходимости построение графика динамического изменения вероятности появления аварии по выявленным участкам для определения наиболее критичных значений;

6. При прогнозируемой годовой интенсивности дорожного движения определение количества автомобилей-участников ДТП на последующий временной промежуток (год, квартал) по участкам;

7. Определение минимального и максимального количества автомобилей-участников ДТП и фиксирование данного диапазона.

В табл. 1 представлена сходимость теоретических результатов с реальным количеством автомобилей-участников ДТП на автомобильных дорогах различных категорий и протяженности.

Таблица 1

Сходимость теоретических и практических результатов работы

№ п/п Няпмеиоваппеавтомобильной дорога Количество автомобилей, попавших в ДТП по разработав-вой модели Реальное количество ав-томобцлей-участпиков

1 Челябинск - Троицк - гр. респ. Казахстан (55 - 65 км, П категория) от 5 до 9 5

№ п/п Наименованце автомобильной дороги Количество автомобилей, попавших в ДТП по разработанной модели Реальное количество ав-томоболей-участнпков

2 Екатеринбург - Шадринск - Курган (200 - 215 км, Ш категория) от 6 до 10 7

3 М8 «Холмогоры» (350 - 360 км, III категория) от 1 до 3 2

4 М8 «Холмогоры» (500 - 520 км, III категория) от 2 до 7 5

5 Сызрань - Саратов - Волгоград (25 - 45 км, Ш категория) от 0 до 1 1

Был рассчитан экономический эффект от применения мер по обеспечению безопасности дорожного движения путем применения альтернативных, более безопасный, геометрических параметров автомобильных дорог.

Таблица 2

Рекомендованные значения геометрических параметров

Параметр автомобильной дороги я вк V X и Скорость движения, км/ч Категория Рекомендуемые/ Приемлемые значения Применяемые с осторожностью/ Запрещенные

Угод поворота горизонтальной кривой, а, град 120 П 8-26/26-55 55-90/>90

100 III 8-16/16-52 52-90/>90

80 IV 8-12/12-39 39-75/>75

Радиус горизонтальной кривой, Л. м <7 ч/ 120 П >3000/800-3000 -/-

100 ш >700/600-700 -/-

80 IV >400/300-400 -1-

Длина горизонтальной кривой, 1,м /<т 120 II -/200-600 600-1900/> 1900

100 т -/200-770 770-1400/>1400

80 IV -/200-750 750-1300/>1300

Длина прямой вставки, Ь, м 120 п <1400 /1400-2000 -/-

100 ш <1400/1400-2000

80 IV <1200/1200-1500 -/-

Продолжение табл. 2

Параметр автомобильной дороги Схема Скорость движения, км/ч Категория Рекомендуемые/ Приемлемые значения Применяемые с осторожностью/ Запрещенные

Продольный уклон проезжей части, ip, %0 120 II -/14-40 0-14/-

100 Ш VI9-50 6-19/<6

80 IV -/17-37 8-17 и 37-60/ <8

Радиус выпуклой вертикальной кривой, Rom М 120 п >28500/22500-28500 15000-22500/-

100 ш >36000/25600-36000 10000-25600/-

80 IV >21000/15300-21000 5000-15300/-

Радиус вогнутой вертикальной кривой, Uno М ^— 120 II >13500/6150-13500 5000-6150/-

100 ш >пзоа/7боо-пзоо 3000-7600/-

80 IV -£>3000 2000-3000/-

Длина вертикальной выпуклой кривой, /„ м 120 11 3700-21400/23003700 и >21400 1200-1300/<1200

100 1П >1000/600-1000 300-600/<300

80 IV -/0-7500 -/-

Длина вертикальной вогнутой кривой, -М 120 п -/<4150 и >7250 4150-7250/-

100 ш -/<4550 >4550/-

80 IV -/<600 >600/-

Ширина обочины, Ь, м ¡ s 1 120 II -/- >3,75/-

100 ш -/>2,5

80 IV >3,3/2,1-33 2-2,1/-

Попдзечный уклон проезжей части, ! j . •»•;;_______ 120 II -/31-46 20-31 и 46-70/>70

100 ПІ -/35-41 20-35 и 41-69/>69

tpop. | 80 IV -/25-40 >40/-

Параметр автомобильной дорога Схема Скорость движения, км/ч Категория Рекомендуемые/ Приемлемые значения Применяемые с осторожностью/ Запрещенные

Ширина полосы движения, В, м * 120 П -/4-4,15 3,75-4 и >4,15/-

> " —-- 100 га -/3,5-4,25 >4,25/-

80 IV 3,2-4/3-3,2 -/-

ВЫВОДЫ

1. Впервые определены зависимости сочетаний параметров плана, продольного и поперечного профилей на основе дисперсионных картин, определяющие область вероятных значений неизвестных геометрических параметров по известным величинам. Это позволяет обнаружить интервал возможных значений отдельного геометрического параметра (или ряда геометрических параметров) при инструментальной оценке других параметров.

2. Разработана логико-вероятностная модель влияния геометрических параметров автомобильной дорога на аварийность, отличная от существующих моделей простотой расчета вследствие применения математического аппарата логики вероятностей. Модель позволяет определить долю вовлекаемых автомобилей по причине геометрии, что может использоваться в качестве критерия выбора первоочередных участков реконструкции. Разработанная модель проста в вычислениях и отличается высокой степенью достоверности.

3. Построены регрессионные модели риска вовлечения транспортного средства в ДТП для геометрических параметров автомобильных дорог, отличные от ранее описанных Бабковым В.Ф. и Ивановым В.В. тем, что позволяют оценить влияние не только исследованных ранее элементов, но и описывают влияние ряда ранее малоисследованных: углов поворота горизонтальных кривых, длин горизонтальных кривых, длин вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, а также поперечного уклона проезжей части. Регрессионные модели разделены в соответствии с техническими категориями, что упрощает и конкретизирует их применение при оценке аварийности.

4. Разработаны рекомендации по применению безопасных геометрических параметров автомобильной дороги: углов поворота горизонтальных кривых, радиусов горизонтальных кривых, длин горизонтальных кривых, длин прямолинейных участков, продольных уклонов проезжей части, радиусов вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, длин вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, ширин полос движения проезжей части, ширин обочин дороги и поперечных уклонов. Предложенные значения параметров геометрии позволяют снизить количество транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия и, как следствие, экономические потери от аварий при реконструкции и новом проектировании автомобильных дорог.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Александров, Н. Н. Влияние величины угла поворота на вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (на примере автомобильных дорог костромской области) / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров // Дороги и мосты, сб. ст.; ФГУП «РосдорНИИ». - М, 2009. - вып. 22/2. - С. 256 - 267. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 8 стр.)

2. Александров, Н. Н. Прогнозирование количества транспортных средств, вовлеченных в ДТП на двухполосных внегородских дорогах / Н. Н. Александров // Дорога и мосты, сб. ст.; ФГУП «РосдорНИИ». - М, 2012. - вып. 28/2. - С. 173 - 189. (Количество страниц, выполненных лично соискателем -17 стр.)

3. Александров, Н. Н. Методика прогнозирования количества транспортных средств, вовлеченных в ДТП, на двухполосных загородных автомобильных дорогах с использованием принципов логики вероятностей / Н. Н. Александров // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. - 2013. - №2 (Количество страниц, выполненных лично соискателем —10 стр.)

Публикации в других изданиях

4. Александров, Н. Н. Влияние величины угла поворота на вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (на примере автомобильных дорог костромской области) / Н. Н. Александров // Энергообеспечение и строительство: Сборник материалов III Международной

17

выставки - Интернет - конференции: в 2 ч.; Часть 2. - Орел.: Изд-во ООО ПФ «Картуш», 2009. - С.143 - 148. (Количество страниц, выполненных

лично соискателем - 6 стр.)

5. Александров, Н. Н. Влияние величины угла поворота на вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (на примере автомобильных дорог костромской области) / Э. Ф. Семёхнн , Н. Н. Александров // Строительная наука 2010: Материалы международной научно-технической конференции. - Владимир.: Влад. гос. ун-т, 2010. - С. 265 -271. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 4 стр.)

6. Александров, Н. Н. Исследование зависимости изменения показателя поперечного сцепления от величины радиуса кривой в плане на загородных автомобильных дорогах / Э. Ф. Семёхнн, Н. Н. Александров // Строительная наука 2010: Материалы международной научно-технической конференции. - Владимир.: Влад. гос. ун-т, 2010. - С. 271 - 275. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3 стр.)

7. Александров, Н. Н. Исследование влияния величины угла поворота на возможность возникновения ДТП / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров // Итоги строительной науки: Материалы VI международной научно-технической конференции/ Под общ ред. докт. техн. наук. Б. Г. Кима. -Владимир.: Влад. гос. ун-т, 2010. - С. 226 - 231. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3 стр.)

8. Александров, Н. Н. Проблема малых радиусов на загородных автомобильных дорогах / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф.: В 2 ч. - Белорус. - Рос. ун-т, 2011. - Ч. 2. - С. 67 - 68. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 1 стр.)

9. Александров, Н. Н. О назначении углов поворота при проектировании закруглений на автомобильных дорогах / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров И Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф.: В 2 ч. - Белорус. - Рос.ун-т, 2011. - Ч. 2. - С. 65 - 66. (Количество страниц, выполненных лично соискателем -1 стр.)

10. Александров, Н. Н. Методика оценки уровня аварийности на загородных автомобильных дорогах с применением принципов логики вероятностей / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров // Инновации в строительстве и архитектуре: Монография. - Владимир.: Влад.гос. ун-т, 2011. - С. 116 -131. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 10 стр.)

116 - 131. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 10 стр.)

11. Александров, Н. Н. Методика оценки уровня аварийности на загородных автомобильных дорогах с применением принципов логики вероятностей / Н. Н. Александров // Новые дороги России: сборник трудов международной конференции/ Под общ.ред. Г. Г. Болдырева. — Саратов: ООО «Издательский центр «Наука», 2011 - С. 471 - 479. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 9 стр.)

12. Александров, Н. Н. Влияние продольных и поперченных уклонов проезжей части на вероятность возникновения ДТП на двухполосных загородных автомобильных дорогах / Э. Ф. Семёхин, Н. Н. Александров // Новые дороги России: сборник трудов международной конференции/ Под общ.ред. Г. Г. Болдырева. - Саратов: ООО «Издательский центр «Наука», 2011. - С. 578 - 583. (Количество страниц, выполненных лично соискателем — 4 стр.)

13. Александров, Н. Н. Методика оценки уровня аварийности на двухполосных загородных автомобильных дорогах / Н. Н. Александров // Сборник научных трудов 8'\Уог1с1. Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2011». - Выпуск 4. Том 3. — Одесса: Черноморье, 2011. - С. 28 — 32. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 5 стр.)

Александров Николай Николаевич

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛОСНЫХ ЗАГОРОДНЫХ ДОРОГ НА АВАРИЙНОСТЬ

Подписано в печать 13.04. 13. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,25 Тираж 150 экз. Заказ а.5-Издательство Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87.



¡'¡•я:.

<2

І

■ і'м

ю

и

1 N

і!

ї « ш

лади

іііі!' !?' і

І! '

ы

N

о

М

С\1

її і

іі|!

і І і к! і

іі А

І

Министерство образования науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

I

высшего профессионального образования мирский; государственный университет имени Александра Г|ригор

| |У і

и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ)

на правах рукопис

ьевш і

І'Т і

АЛЕКСАНДРОВ НИКОЛАИ НИКОЛАЕВИЧ

НІ'

Специальность 05.23.11 Проектирование и строительство дорог, аэродромов,; мостов^ ме|гр<эг

транспортных тоннелей

Диссертация на соискание ученой степени

і

кандидата технических наук

пол:

■и і

ЛІ І

! !! і

І'

Ы

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛОСНЫХ

; ЗАГОРОДНЫХ ДОРОГ НА АВАРИЙНОСТЬ

: г( 1 ' 1 I . ' ;І|., і

<ЇТ

ЄНО

Научный руководитель:

! 1 і; гіі

кандидат технических наук, доцент Э. Ф. Семёхш |

'И

Воронеж 2013

І'ЇЇІІ

1І

>11Ч '

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............4

1 АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.............12

1.1 Понятие геометрической составляющей автомобильных дорог. . 12

1.2 Существующие методы оценки аварийности на автомобильных дорогах и геометрическая составляющая в них. . . .16

1.3 Взаимодействие автомобиля и дороги. .... .25

1.4 Восприятие геометрических параметров автомобильных дорог водителем во время движения. . . . . . .32

1.5 Влияние геометрических параметров автомобильных дорог на аварийность. ........ .34

1.6 Регламентирование геометрических параметров при проектировании автомобильных дорог. . . . .38

1.7 Цель и задачи исследования. ...... .42

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.......44

2.1 Теоретические основы формирования модели влияния отдельных элементов геометрии автомобильных дорог на аварийность. .44

2.2 Логико-вероятностный подход к оценке уровня значимости влияния геометрических параметров на вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия. .... .47

2.3 Стохастическая модель влияния геометрических параметров на аварийность. . . . . . . . . .50

2.4 Выбор сочетаний параметров автомобильной дороги для определения вероятностей негативного влияния. . . .54

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ......59

3.1 Исследование влияния на аварийность параметров плана автомобильной дороги.. ...... .59

3.1.1. Влияние углов поворота горизонтальных кривых. . .59

3.1.2. Влияние радиусов горизонтальных кривых. . . .67

3.1.3. Влияние длин горизонтальных кривых. ... .74

3.1.4. Влияние прямых вставок. ..... .79

3.2 Исследование влияния на аварийность параметров продольного профиля автомобильной дороги. ..... .84

3.2.1. Влияние продольных уклонов.

.84

3.2.2. Влияние радиусов выпуклых вертикальных кривых. . .89

3.2.3. Влияние радиусов вогнутых вертикальных кривых. . .95

3.2.4. Влияние длин вертикальных выпуклых кривых. . .100

3.2.5. Влияние длин вертикальных вогнутых кривых.. . .105

3.3 Исследование влияния на аварийность параметров поперечного

профиля автомобильной дороги . . . . . .109

3.3.1. Влияние ширины полосы движения. . . . .109

3.3.2. Влияние ширины обочины . . . . . .115

3.3.3. Влияние поперечного уклона проезжей части. . . .120 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ......125

4.1 Применение методики оценки влияния факторов геометрической

составляющей автомобильной дороги на аварийность. . .125

4.2 Рекомендации по проектированию геометрии автомобильных дорог

общего доступа федерального, регионального, межмуниципального

и местного значения. . . . . . . . .134

4.3 Экономическая эффективность применения методики. . .136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............140

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........142

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения........154

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Характеристика объемов исследования. . . . .155 ПРИЛОЖЕНИЕ В Дисперсионные картины взаимосвязи геометрических параметров дорог. . . . . . . . . .156

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Уравнения регрессии влияния параметров плана дороги на аварийность. . . . . . . . . . .165

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Уравнения регрессии влияния параметров продольного профиля дороги на аварийность. . . . . . . .166

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Уравнения регрессии влияния параметров поперечного профиля дороги на аварийность. . . . . . . ..167 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Таблицы исходных данных по автомобильной дороге Подъезд к г. Тюмень от автомобильной дороги М51 Байкал. . . .168 ПРИЛОЖЕНИЕ И Основные статистические показатели уравнений регрессии. . . . . . . . . . . ..171

ВВЕДЕНИЕ

В Российской Федерации, как стране со средним уровнем дохода, проблема дорожного травматизма стоит на 6 месте и составляет 3.1% от всего количества смертей, тогда как в странах с высоким уровнем дохода, таких как Германия, Испания, Норвегия и др. аварии на дорогах уносят только 1.5% жизней [45].

Наибольшее число погибших наблюдается на загородных участках автомобильных дорог [70]. При этом юноши составляют 75% от общего числа погибших в этом возрасте. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к 2020 году количество смертей на дорогах вырастет до 1.9 млн. человек в год, а дорожные аварии станут основной причиной преждевременной смертности детей старше 5 лет [97]. С 2010 по 2020 годы ВОЗ объявлена десятилетка по борьбе с дорожным травматизмом.

Общие экономические потери от автомобильных аварий составляют по данным ВОЗ 518 млрд. $. Экономические потери в Российской Федерации за последние 5 лет составили 5.5 триллиона рублей [96]. Ежегодный ущерб от ДТП составляет 2.5% от валового внутреннего продукта (ВВП) или около 26 млрд. долларов. В рамках таких экономических потерь предупреждение дорожно-транспортных происшествий - первоочередная задача государственного масштаба. Об этом свидетельствует «Федеральная целевая программа развития транспортной системы России (2010 - 2015 годы)» [67], одной из основных целей которой является повышение комплексной безопасности и устойчивости транспортной системы.

Большинство автомобильных дорог на территории Российской Федерации проектировались и строились в 70-х - 80-х гг. XX века и рассчитывались на транспортные потоки 60-70-х гг. По данным сайта государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД) [95] расчетный уровень автомобилизации в «советские времена» был принят на уровне 60 транспортных единиц на 1000 жителей населения страны. В настоящее время эта цифра уже превышена в 4 раза и отношение это

продолжает расти [94]. В регионах, где высока плотность населения (Московская область, Ленинградская область, некоторые области Центрального Федерального округа, иные крупные населенные пункты Российской Федерации (РФ)) эта цифра уже превышает расчетный уровень автомобилизации в 7-8 раз.

Нормативы строительства автомобильных дорог, заложенные в СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги» [53], основывались на СНиП П-Д.5-72 «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» [54] и СН 449-72 «Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог», которые в свою очередь явились логическим развитием нормативных документов 50-х гг. При этом основные значения параметров элементов автомобильных дорог с течением времени остались практически неизменными. Даже если характер влияния некоторых параметров дорог на аварийность с течением времени не изменился (к примеру, геометрии и производных от нее показателей: видимости, среднего радиуса закругления и т.д.), попытки оценить их значимость предприняты не были либо предпринимались в свете тех же теорий 70-х гг. Также в последнее время в связи с серьезными изменениями в самом транспортном потоке по отношению к 60-70-м гг. прошлого столетия (первооснове для всех расчетов) необходимо скорректировать существующие нормы для всех параметров автомобильных дорог.

До середины прошлого столетия в дорожной науке в рамках вопроса влияния геометрических параметров на безопасность дорожного движения (БДД) придерживались механистической теории [13], в которой автомобиль рассматривался, как предмет, двигающийся по дороге и испытывающий на себе соответствующие возмущающие силы. При движении по кривой основной силой являлась центробежная сила и поперечное сцепление колеса с дорогой, при движении на подъем определяющей была сила тяги и т.д. Элементы, опасные с точки зрения механистической теории движения автомобиля и в настоящее время встречаются на автомобильных дорогах. Они практически не применяются для нового строительства, и, являясь местами концентрации ДТП,

ликвидируются при капитальном ремонте или реконструкции в первую очередь. Однако остаются места с определенным набором геометрических параметров, по отдельности вписывающихся в механистическую теорию движения автомобиля по дороге, но вместе существенно влияющих на безопасность дорожного движения. Определенные при помощи моделей, построенных на подробных статистических данных по ДТП, они могут служить дополнением к уже принятым нормативным документам, а в сумме позволят оценить общий вклад геометрии в возникновение аварий на автомобильных дорогах страны. Стоит отметить в последнее время работу саратовской школы по применению теории риска в проектировании, строительстве и ремонте автомобильных дорог, возглавляемую д.т.н. Столяровым В. В. [14, 42, 60], а также углубленное исследование влияния факторов автомобильной дороги на аварийность, предпринятое Чвановым В. В. [70, 71, 72, 73].

Актуальность темы исследования. Транспорт играет центральную роль в процессе развития. Он обеспечивает передвижение товаров и услуг. Однако наряду с тем, что транспортные инвестиции способствуют экономическому развитию страны, они создают определенные угрозы и риски. В первую очередь это угроза потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП).

В 2009 году на автомобильных дорогах мира погибло 1,3 млн. чел и более 50 млн. получили ранения различной степени тяжести [74]. На территории Российской Федерации по данным Государственной инспекции безопасности дорожного движения за 2009 год произошло 203 603 ДТП, в результате которых погибло 26 084 человека и 257 034 получили травмы различной степени тяжести [95]. Из них, по данным того же источника, 18,72%дорожно-транспортных происшествий произошло по причине неудовлетворительного состояния дорог, к которому можно отнести и несоответствие существующих трасс требованиям нормативных документов.

Существующие методы оценки аварийности во многом морально устарели, поскольку разрабатывались в 70-80 е гг. XX века и ориентировались

на транспортные потоки малых интенсивностей и скоростей движения. Многие из них имеют недостатки не только в качественном плане (точность прогнозов, возможность прогноза на разные периоды времени), но и в количественном плане (отсутствие учета важных параметров, элементов и ситуаций). Корректировка этих методов или разработка новых не проводится в настоящее время. Снижение точности прогноза количества ДТП при помощи таких методов, как метод «итоговых коэффициентов аварийности», свидетельствует также о возможной необходимости корректировки конкретных коэффициентов и введении новых.

Цель диссертационной работы - разработка метода оценки аварийности на загородных двухполосных автомобильных дорогах и рекомендаций по повышению безопасности движения на основании исследования влияния геометрических параметров дороги на вовлечение транспортного средства (т.е.) в дорожно-транспортное происшествие. Основными задачами при достижении цели являлись:

- Определение взаимных зависимостей параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог;

- Разработка логико-вероятностной модели влияния геометрии автомобильной дороги на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие;'

- Нахождение регрессионных уравнений вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие под влиянием параметров плана, продольного и поперечного профиля автомобильных дорог;

- Разработка рекомендаций по применению параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог при реконструкции и при новом строительстве, способствующих снижению количества вовлекаемых в дорожно-транспортное происшествие автомобилей.

Научная новизна работы:

- Определены взаимные сочетания параметров геометрии в рамках вопроса нахождения неизвестных величин по известным величинам;

- Применен математический аппарат логики вероятностей к оценке степени влияния геометрических параметров автомобильной дороги на аварийность;

- Разработана достоверная стохастическая модель возникновения дорожно-транспортного происшествия на основе статистических данных при использовании автоматизированного банка дорожных данных «Дорога» и результатов натурных наблюдений;

- Определены величины параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог (угол поворота горизонтальной кривой, радиус горизонтальной кривой, длина горизонтальной кривой, длина прямолинейного участка, продольный уклон проезжей части, радиус вертикальной вогнутой кривой, радиус вертикальной выпуклой кривой, длина вертикальной вогнутой кривой, длина вертикальной выпуклой кривой, ширина полосы движения проезжей части, ширина обочины дороги, поперечный уклон проезжей части), негативно влияющих на безопасность;

- Предложена методика определения количества транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия на конкретных участках автомобильной дороги при конкретных сочетаниях геометрических параметров за прогнозируемый промежуток времени.

Объект исследования - дорожно-транспортное происшествие в рамках вопроса вовлечения в них транспортных средств под влиянием отдельных геометрических параметров автомобильных дорог, а также под воздействием геометрической составляющей.

Методы исследования. Для обработки исходных данных и данных натурных измерений использовались методы статистического анализа и логико-вероятностного моделирования, взятые из технической и научной литературы. В качестве основы научных исследований послужили труды советских и российских ученых в области обеспечения безопасности дорожного движения, таких как Бабков В.Ф., Чванов В. В., Столяров В. В., Живописцев И. Ф., Васильев А. П., Лобанов Е. М., Сильянов В. В. и др., а также исследования зарубежных ученых, таких как Borr (Vogt А.),Икеда (Ikeda T.),

Кирк (Kirk S.), Xayep (Hauer E.) и др. В литературно-патентном обзоре сравнивались нормативные документы на предмет несовершенства геометрических параметров, а также методы оценки аварийности, применяемые в настоящее время в нашей стране и за рубежом.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением научно обоснованных методов исследований, статической обработкой полученных данных, опытной проверкой результатов, а также согласованностью основных положений представленной работы с результатами исследований других авторов.

Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносится следующее:

- логико-вероятностная модель оценки степени совместного влияния геометрических параметров автомобильных дорог на аварийность;

- регрессионные модели влияния отдельных параметров плана, продольного и поперечного профилей на аварийность;

- дисперсионные картины совместного применения параметров плана, продольного и поперечного профилей;

- методика оценки уровня аварийности на автомобильных дорогах с применением логико-вероятностной модели совместного влияния геометрических параметров автомобильной дороги

- рекомендации по применению параметров плана, продольного профиля и поперечного профиля на основе законов распределения и дисперсионных картин.

Практическая ценность результатов. Данная научная работа развивает теорию влияния факторов на аварийность. Это позволит более точно прогнозировать количество автомобилей, вовлеченных в транспортные аварии, раненых и погибших в ДТП и материальный ущерб от аварийности на автомобильных дорогах.

Дан анализ применяемых геометрических параметров на автомобильных дорогах разных технических категорий на предмет соответствия существующим нормативным документам.

Применение разработанной методики дает возможность оценить один из основных абсолютных показателей аварийности на современных автомобильных дорогах - число автомобилей, вовлеченных в дорожно-транспортные происшествия, - и в первом приближении позволяет определить на прогнозируемый период экономические потери от аварийности, а также альтернативные экономические потери при снижении общего числа транспортных средств на величину вовлеченных в ДТП под влиянием геометрических параметров при использовании величин геометрических элементов согласно регламентированных значений по результатам исследования.

Область применения результатов - проектирование, реконструкция и капитальный ремонт автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения в рамках вопроса