Гаврилов Э.В., Гридчин А.М., Ряпухин В.Н. Системное проектирование автомобильных дорог (часть I)

конструирования, постольку оптимизация элементов среды движения должна

базироваться на технико-экономических критериях.

Оптимизация i-того элемента поля восприятия водителя приводит к изменению

его абсолютной организации на величину

∆qqq

iiio

=−,

где q

io

, q

i

- абсолютные организации i-того элемента до и после оптимизации

соответственно,

qPP P P

io io io io io

iii i i

=+ + − −

111

22

log ( ) log ( ),

log ( ) log ( );

P

io

, P

i

- вероятности нахождения i -того элемента в опасном для движе-ния

состояния до и после оптимизации соответственно, (табл.2.7).

Изменение свойств i -того элемента требует материальных и трудовых

затрат. Если удельную стоимость изменения состояния i-того элемента

обозначить через з

i

, то суммарные затраты на преобразование свойств всех

элементов поля восприятия водителя могут быть представлены в виде

З

i

=

∑

=

з q

где з Sx

ii

i

m

ii

∆

1

,

S

i

- затраты на изменение состояния i - того элемента на величину х

i

.

Если оптимизировать каждый элемент поля восприятия в отдельности по

критерию минимума затрат, то могут быть получены оптимальные величины

изменения состояния элемента ∆q

i

o

и удельной стоимости этого изменения з

o

i

.

Системная оптимизация элементов дает другие оптимальные значения ∆q

i

и з

i

.

Оптимальные удельные стоимости находятся в параболической зависимости

от относительных изменений состояний элементов поля восприятия водителя

з

bb

q

b

q

i

o

i

o

i

o

=+ +

12

2

() (),

∆

где b

o

, b

1

, b

2

- постоянные коэффициенты не зависящие от вида работ

(b

o

≈ 1,474, b

1

≈ - 0,960, b

2

≈ 0,485).

С учетом вышеизложенного задача системной оптимизации элементов среды

движения может быть описана следующим образом:

найти

∆

q

...

q

2

0

m

0

i

1

0

00 0>> >,, , доставляющие минимум функции

b

q

b

q

b

q

o

i

o

i

o

i

o

i

m

∆

++













∑

=

1

2

3

1

() (), при условии, что

∆

q

R

i

o

i

m

=

∑

=

1

3

,

где R

3

- заданное нормированное изменение состояния системы элементов

поля восприятия водителя.

Модель оптимизации:

b

q

b

q

b

q

o

i

o

i

o

i

o

i

m

qq

i

o

∆

∆∆

++













∑

→

=

1

2

3

1

() () min,

∆

q

R

q

i

o

i

m

=

∑

=∀>

1

3

0,,), (i = 1,m

i

o

где m - число оптимизируемых элементов поля восприятия водителя.

Решение данной задачи методом неопределенных коэффициентов Лагранжа

позволяет определить оптимальную величину относительного изменения

состояния i -того элемента

(

~

).

∆

q

R

m

i

o

=

3

Откуда

∆∆

~

.qq

R

m

ii

o

=

3

Поскольку

∆

~~

,qqq

iiio

=−

то

~

qq

R

m

q

ii

o

io

=+∆

3

или

()

~

log

~

(

~

)log (

~

),∆q

R

m

qPPP P

i

o

io i i i i

3

22

111+=+ +− −

где

~

P

i

- оптимальная вероятность нахождения i-того элемента в опасном для

движения состоянии.

Для определения

~

P

i

последнее уравнение решается методом итерации с

помощью ЭВМ либо графическим методом.

По величине

~

P

i

при помощи таблицы 5 находится оптимальная

характеристика элемента.

Заданное нормированное изменение состояния системы элементов поля

восприятия водителя находится по формуле

R

QQm

QQ

o

3

=

−

(

~

)

,

где

~

Q - оптимальная абсолютная организация поля восприятия водителя;

QmmP Pm P P

oio

i

m

io io io

i

m

o

i

o

i

m

i

o

i

o

i

m

i

o

=+

∑

+− −

∑

=+

∑

+−

∑

−

==

2

1

22

1

2

1

2

1

2

11

log ( ) log ( );

P

i

o

- вероятность опасного для движения состояния i-того элемента в случае

совершения над ним работы в объеме ∆q

i

o

.

Вероятность P

i

o

определяется как результат решения уравнения

∆qq P P P P

i

o

io i

o

i

o

i

o

i

o

−=+ +− −111

22

log ( ) log ( )

методом итерации с помощью ЭВМ.

Оптимизация среды движения в пределах каждого из полей восприятия может

привести к рассогласованию параметров смежных участков. В результате могут

появиться нежелательные переходные явления. Поэтому необходимо заранее

принять конструктивные меры для того, чтобы устранить возможность

появления таких явлений.

Продуктивным способом согласования параметров смежных участков

дороги является метод согласования программ поведения водителя,

предположенный Г.В. Кореневым. Процесс согласования можно пояснить

следующим образом.

Пусть программы поведения на смежных участках будут соответственно

Г

i1

00==,, Г

i2

где 1,2 - индексы первого и второго участков соответственно.

Эти программы можно считать согласованными, если конечные

программные значения координат и их производных до некоторого наперед

заданного порядка, удовлетворяющие уравнениям

Г

i1

= 0,

вместе с тем удовлетворяют уравнениям

Г

i2

= 0.

Согласование программ осуществляется путем подбора значений

парараметров обстановки на последующем участке. Подбираемые параметры

называют параметрами согласования.

Программы поведения на смежных участках дороги могут быть представлены

в виде

V - V

ΣΗ1

= 0;

V - V

ΣΗ2

= 0;

X - X

ΣΗ1

= 0;

X - X

ΣΗ2

= 0,

где V

ΣΗ1

, V

ΣΗ1

- индивидуальные нормы скоростей движения на первом и

втором участках соответственно;

X

ΣΗ1

, X

ΣΗ2

- индивидуальные нормы положений водителя в поперечном

сечении дороги на первом и втором участках соответственно.

Согласовать эти программы - значит найти такие элементы среды движения

на втором участке, которые в момент перехода с участка на участок не приведут

к нежелательным переходным процессам. В результате согласования должна

быть обеспечена динамическая плавность движения по дороге. Так, например, в

случае использования программ движения, основанных на скоростях, для

согласования радиусов кривых в плане на смежных участках дороги должно

выполняться условие

R

V

R

2

1

2

1

= ,

где 1,2 - индексы участков.

Практически элементы дороги, обеспечивающие динамическую плавность,

могут быть найдены через параметры индивидуальных норм пове- дения

водителя (Q

H

, H

H

) на втором участке.

2.4.4 Обеспечение требуемых эстетических свойств дороги

Эстетическое (художественное) проектирование исходит из теории

взаимодействия человека (не занятого процессом управления) со средой

движения. В аспекте эстетического проектирования учитываются свойства

человека, проявляющиеся при его взаимодействии со средой движения в период

времени свободный от обработки оперативной информации. Сюда же относятся и

свойства пассажиров.

Эстетическое (художественное) проектирование исходит из подбора та-ких

параметров дороги, которые обеспечивают проявление положительных эмоций от

восприятия обстановки движения.

В настоящее время эстетическое (художественное) проектирование

отождествляется с ландшафтным проектированием. Основные задачи

эстетического проектирования:

1) обеспечение внутренней гармонии среды движения;

2) обеспечение внешней гармонии дороги с окружающим ландшафтом;

3) обеспечение стилевого единства архитектурных объектов и

композиционного построения всех элементов дорожной среды.

Практическая реализация первой задачи сводится к плавному сочетанию

элементов трассы, исключению несоответствий в расположении элемен-тов

трассы в плане и профиле, вызывающих ее кажущиеся изломы и неспокойный,

неплавный вид в пространстве. Применение указанных мер обеспечивает

психологическую ясность направления движения и зрительного ориентирование

водителя.

На основании анализа зрительной плавности построенных дорог выработаны

следующие рекомендации по сочетанию элементов трассы.

1) Количество переломов в плане и в профиле должно быть по возможности

одинаковым.

2) Длины прямых и кривых участков дороги в плане должны

соответствовать друг другу.

Следует избегать коротких кривых в плане, расположенных между

длинными прямыми, которые кажутся издалека водителю резким переломом

дороги и вызывают снижение скорости. Повороты дороги на малые углы

смягчают вписыванием кривых больших радиусов не менее указанных (табл.2.10):

Таблица 2.10 - Минимальные радиусы кривых для малых углов поворота

Угол поворота, град 1234567

Минимальный радиус

круговой кривой, м

13000 8500 6000 3500 2500 2200 2000

3) Недопустимы короткие прямые вставки между направленными в одну

сторону кривыми, которые также воспринимаются как неприятный для

взгляда излом дороги. Радиусы смежных кривых должны различаться не более

чем в 1,5 раза.

4) Для достижения наилучшей плавности трассы следует по возможности

совмещать вертикальные и горизонтальные кривые. Желательно, чтобы длина

горизонтальной кривой несколько превышала длину вертикальной кривой.

Смещения вершин совпадающих вертикальных и горизонтальных кривых

допустимы не более чем на 1/4 длины наименьшей из кривых. Радиусы

вогнутых кривых должны не менее чем в 6 раз превышать радиус совпадающих с

ними кривых в плане.

Недопустимы сопряжения концов кривых в плане с началом выпуклых или

вогнутых вертикальных кривых, расположенных на последующих прямых

участках.

5) Следует избегать сочетания: коротких вогнутых участков продольного

профиля, расположенных в пределах длинных прямых или кривых в плане

большого радиуса; выпуклых вертикальных кривых малых радиусов на прямых

участках; прямых участков, как бы упирающихся в небосвод на вершине

выпуклых кривых малого радиуса ("дорога в никуда").

6) Для обеспечения зрительного ориентирования водителя элементы дороги

должны быть обозначены при помощи видимых издалека объектов -

направляющих столбиков, ограждениями бордюрного типа, растительными

группами, кустарником, втапливаемыми катафотами и т. п. Не менее важным для

зрительного ориентирования является цветовое оформление покрытия проезжей

части дороги.

Наибольшая зрительная плавность трассы дороги достигается при

проложении ее клотоидами и сплайнами. В клотоидной трассе переходная кривая

из вспомогательного элемента кривых малых радиусов становится

самостоятельным элементом трассирования, равноправным с круговыми

кривыми и часто вытесняющим прямые участки.

При проложении трассы сплайнами ее описывают по отдельным участкам

уравнениями полиномов, чаще всего кубических.

Пространственную плавность трассы часто проверяют построением

перспективных изображений, используя для этого методы начертательной

геометрии (Е.С.Томаревская, И.В.Бегма, П.В.Панов). В МАДИ под руководством

Е.М.Лобанова разработан алгоритм и программа для ЭВМ, позволяющая оценить

зрительную плавность трассы без трудоемких построений перспективных

изображений дороги.

И.В.Бегма и Е.С.Томаревская в качестве критериев зрительной плавности

дороги предложили геометрические характеристики перспективного изображения

дороги - угол схода касательных к видимому перспективному изображению

внутренней кромки проезжей части и расстояние от вершины угла до видимой

кривой, вписанной в этот угол.

В.Ф.Бабков в качестве основной характеристики зрительной плавности

дороги рассматривает изменение кривизны линий видимого изображения дороги.

Е.М.Лобановым предложены три показателя зрительной плавности радиус

кривизны в экстремальной точке, угловые размеры ширины проезжей части в этой

точке и параметр видимой кривой.

Параметр кривой определяется как произведение длины кривой от ее начала

(определяемого до экстремальной точки) на максимальный радиус кривизны.

Необходимым условием плавности по этому критерию является

R L R L

по огαα αα

≥ (),

р

где R

α

, L

α

- радиус кривизны и длина кривой до экстремальной точки в

угловых размерах;

( R

α

L

α

)

порог

- пороговое значение параметра.

Наряду со зрительной плавностью дороги положительное эмоциональ-

ное реагирование человека при восприятии обстановки движения обеспечивается

информационной выразительностью полей восприятия. Количественной

характеристикой информационной выразительности служит коэффициент

стохастичности поля восприятия:

K

с

= H

B

/ Q

B

,

где K

с

- коэффициент стохастичности;

HmPPm P P

QmmP Pm P P

Bj

j

m

jjj

j

m

Bj

j

m

jjj

j

m

=−

∑

−− −

∑

=+

∑

+− −

∑

==

1

22

1

2

1

22

1

11

log ( ) log ( )

log ( ) log ( );

P P

ji

≈−1;

P

i

- вероятность нахождения объекта поля восприятия в опасном для движения

состоянии, таблица 2.7.

m - число объектов поля восприятия.

Оценка величин K

c

, H

B

, Q

B

через вероятность P

j

приблизительна,

поскольку данная вероятность наряду с положительными эмоциональными

реакциями человека включает и нейтральные реакции. Дальнейшие исследования

в направлении уточнения величин P

j

позволяет более обоснованно подойти к

оценке эстетической информации.

Чтобы показать, что коэффициент стохастичности позволяет производить

сравнительную оценку эстетических свойств дороги, рассмотрим соотношения

случайных и детерминированных связей на ровне слов по Е.А.Седову.

Например, при поэтическом творчестве случаю K

c

= 0, H

B

= 0 соответствуют

литературные штампы: "синее небо", "ясный взгляд" и т.п. Другому крайнему

случаю ( K

c

=

∞

, Q

B

= 0 ) соответствует равная вероятность любых сочетаний

слов. Это значит, что на каждое осмысленное словосочетание приходятся

миллионы либо бессмысленных (" умный камень", "вкусный деготь" и т.п.), либо

вовсе не согласованных грамматически сочетаний слов (вроде: " громко

гвоздь бежала на светлое"). И только при оптимальных значениях параметра K

c

(т.е. при KK

c c opt

≅ ) возникают яркие, творческие литературные образы, вроде

"флейты-позвоночника" или "страны березового ситца". Обобщая рассмотренные

примеры, можно сделать вывод, что крайнему абстракционизму или формализму

в искусстве соответствует

K

c

→∞

, а полному следованию традиционным

формам

K

c

→ 0.

Объективным решением спора между представителями двух

этих крайних направлений являются художественные произведения,

соответствующие K

c opt

.

Убедительной иллюстрацией рассмотренных закономерностей может

служить возникшее недавно в некоторых странах направление сценического

искусства, получившее название "театр абсурда". Основным приемом

драматургии театра абсурда является такое построение действия и диалога, при

котором каждый из персонажей , не вникая в смысл высказываний партнеров,

Гаврилов Э.В., Гридчин А.М., Ряпухин В.Н. Системное проектирование автомобильных дорог (часть I)

Подождите немного. Документ загружается.