Живоглядов В.Г. Теория движения транспортных и пешеходных потоков

Подождите немного. Документ загружается.

пропуска ТП на часто расположенных перекрестках дорог (улиц) прямо про-

порционально повышает плотность, задержки, выбросы отработавших газов,

конфликтность ТПП, обратно пропорционально снижает скорость сообще-

ния, а значит и экономические показатели подвижного состава, а также жиз-

недеятельность населения на этих территориях [3, 5, 7, 17, 18, 19, 20, 21].

Критерии ввода светофорной сигнализации, как нам представляется, по-

строены на эмпирических посылках, что не всегда способствует повышению

эффективности управления и обеспечению БДД [11, 12, 13, 14, 15]. Подобные

проблемы имеют место и в государствах с развитым промышленно-

техническим потенциалом, но они компенсируют это в большинстве случаев

за счет разделения потоков в пространстве [22, 283, 306, 334, 346, 348]. К ре-

шению этих проблем привлечены не только научные учреждения, вузы, но и

индивидуумы. Научно-методическое обеспечение служб, занимающихся ор-

ганизацией и управлением дорожным движением, остается еще недостаточно

совершенным. Используемые при этом способы для решения возникающих

задач еще малоэффективны. Применяемые методы по расчету режимов све-

тофорного регулирования (CP), оценке дорожного движения и его характери-

стик, построенные на эмпирических посылках, не способствуют решению за-

дач по эффективному управлению потоками, напротив, усложняют их.

Пропуск ТПП на 980 тыс. км дорог России [60] приобретает все большее

значение в проблеме организации и в обеспечении безопасности дорожного

движения, вызываемой интенсивной автомобилизацией городов, в основном

за счет парка легковых автомобилей. Ее решение связано с требованием

уменьшить непроизводительные задержки движения и загазованность насе-

ленных пунктов, повысить эффективность использования ТС и УДС, прежде

всего за счет четкой организации перемещения ТПП и, в частности, на регу-

лируемых и на нерегулируемых перекрестках. Потери от задержек на пересе-

чениях оцениваются в среднем 35-40 млн. руб. в год для города с населением

350 - 400 тыс. чел. Концентрация ДТП и конфликтных ситуаций (точек) на

перекрестках-в местах максимальной плотности маневрирования - в 25 раз

выше, чем на перегонах. На перекрестках совершается 25 - 50 % всех ДТП

[36, 38, 59, 61, 63, 68]. Конфликтная база на нерегулируемых перекрестках и

их потенциалы еще не полностью исследованы.

Наилучшие условия пропуска потоков на перекрестке, с точки зрения

минимума задержек и максимума безопасности движения, создаются разде-

лением их в пространстве, т.е. развязкой в разных уровнях [4, 5, 6, 7, 8, 10,

12, 19, 20]. Однако это дорогостоящий способ. Он связан, как правило, с пе-

реустройством всей транспортной системы, сносом зданий, возведением ис-

кусственных сооружений, требующих огромных капитальных затрат. Более

распространенный способ - это разделение потоков в пространстве за счет

пересечений с круговым движением, канализирования, требующего строи-

тельства дополнительных (накопительных и разгонных) полос проезжих час-

тей - уширения дорог, применения при этом островков безопасности и т.п., а

также разделение потоков во времени, при котором поочередность пропуска

ТПП связана с соответствующими задержками на подходах к перекрестку за

счет движения ТП на пересекаемых направлениях.

Кроме того, применяемые методы расчета режимов CP, построенные на

эмпирических посылках, при проектировании таких объектов дают нерацио-

нальные длительности тактов, что изначально увеличивает задержки ТС и

выбросы отработавших газов (ОГ) у стоп-линий, при этом снижается ско-

рость сообщения, а значит ухудшаются экономические показатели подвиж-

ного состава и т.п.

Длительность задержек даже при оптимальном регулировании зависит

от длительности циклов CP, а последние - от интенсивности прибытия ТС к

стоп-линий. В эксплуатируемых средствах регулирования можно применять

длительности промежуточных тактов и циклов лишь в целых величинах что

не соответствует расчетным значениям. Внедряемое гибкое (адаптивное) ав-

томатическое регулирование и централизованное управление движением

имеют длительные сроки окупаемости, в проектировании, строительстве и

эксплуатации трудоемки, требуют больших капитальных и эксплуатацион-

ных затрат. К сожалению, гибкое управление потоками еще недостаточно

надежно за счет технического несовершенства. При стабильном интенсивном

движении гибкое регулирование в отдельные периоды находится на верхнем

пределе пропускной способности и фактически переходит на жесткий режим

управления движением [22. 41, 42, 46, 233]. Однако гибкое управление дви-

жением с применением ЭВМ -быстродействующих счетно-решающих ком-

плексов - позволяет выбрать циклы - программы CP, соответствующие раз-

мерам ТПП и условиям движения в реальном режиме времени, а также опти-

мально управлять пропуском потоков [268, 270, 272, 279, 212, 347]. По при-

чине низкого качества выпускаемого оборудования, особенно детекторов

транспорта (ДТ), применение их сдерживается не только в региональном, но

и в локальном, магистральном, сетевом управлении движением. Несмотря на

это, ему принадлежит будущее, особенно в условиях сдерживания развития

УДС.

В мировой практике организации движения широко применяется много-

программное координированное управление движением [338-348]. Отличаясь

простотой в обслуживании и внедрении, а также значительно меньшей стои-

мостью автоматики и достаточным количеством программ, оно позволяет

обеспечивать рациональное CP, если длительности циклов светофора и их

тактов, включая промежуточный, оптимальны. Существующие тео-

ретические разработки не дают достаточно достоверных расчетов потенциа-

лов нерегулируемых перекрестков, развязок с круговым движением, дли-

тельностей основных и промежуточных тактов циклов, соответствующих ин-

тенсивностям потоков, геометрическим параметрам перекрестков [53] и дру-

гим условиям движения, а также требованиям оптимального управления и

обеспечения безопасного пропуска ТПП на них. Вместе с этим потенциалы

развязок с круговым движением недостаточно изучены. В частности, не ис-

следована пропускная способность круговой развязки при пропуске потоков

по правилам, приоритету, со светофорным регулированием - локальным, об-

щим, координированным в сравнении. Оценки нерегулируемых перекрестков

нередко противоречивы. Методология пропуска ТП (рельсовых, нерельсо-

вых) на системных принципах еще не разработана.

Рядом исследователей предложены различные методы оценки, сложно-

сти мест маневрирования - конфликтования ТП, но единой теории конфлик-

тования ТПП, построенной на вероятностных оценках 0< х <1, пока не разра-

ботано. Временная длина пачки ТС как у стоп-линий генерирующего пере-

крестка так и на перегоне оценивается по эмпирической формуле [132 - 135].

Ширина проезжей части определяется лишь в зависимости от скорости дви-

жения на эмпирических посылках [141]. На этой основе разработаны строи-

тельные нормативы. Динамические продольный, поперечный и вертикаль-

ный габариты, плотность или интенсивность движения, оказывающие влия-

ние на увеличение ширины проезжей части, в них не учитываются, что отри-

цательно сказывается на качестве предоставляемых дорожных услуг и БДД

[3, 141].

Принципы оптимальности как в управлении дорожным движением, так

и светофорном регулировании еще не достаточно исследованы, поскольку

нормативы в этой области построены на экспертных оценках без доказатель-

ных научных проработок.

Если магистральное и сетевое управление дорожным движением впер-

вые представлено на научном уровне с присутствием эмпирических принци-

пов японскими специалистами, то в отечественной практике подобного рода

НИР, к сожалению, в числе опубликованных не значатся, а региональное

управление вообще не стало предметом исследования, напротив, оно некото-

рыми специалистами даже отрицается.

Как в научной, так и в учебно-методической литературе отечественных и

зарубежных специалистов затрагиваются вопросы формирования транспорт-

ных и пешеходных потоков, но как таковых принципов, а тем более методо-

логии формирования потоков в пространстве и во времени в числе опублико-

ванных также не значится.

Оценка уровней организации и управления дорожным движением (О и

УДД) осуществляется лишь через минимизацию задержек. Это достаточно

обоснованный и широко распространенный функциональный критерий оцен-

ки уровней О и УДД, но он не имеет нормативной базы. В частности кон-

фликтная загрузка, экологическая безопасность транспортных потоков

(ЭБТП), транспортная доступность, стоимость одного часа или километра

ездки, скорость сообщения, использование потенциалов пропускной способ-

ности полос движения проезжей части дорог, улично-дорожной сети (УДС) и

результатов НИР по этим параметрам в нем не учитываются, что затрудняет

разработку комплексных мероприятий в оптимальном и причинно-

следственном аспекте.

Вопросы оптимизации выбора схем организации и управления потока-

ми, в частности: методологии как светофорного регулирования, так и нерегу-

лируемого движения; пропуск ТПП, исключающий конфликтные пересече-

ния потоков на различных конфигурациях (типах) перекрестка; неэффектив-

ное использование потенциала разрешающего такта; значительные задержки

у стоп-линий и заторы в движении и т.п., - желательно прорабатывать и ре-

шать системно на должном научном уровне. Принципы оценок и упреждения

заторовых ситуаций в движении ТП ещё" не разработаны.

Необходимостью решения изложенных проблем продиктована цель

данной научно-исследовательской работы, в которой предлагается теория

дорожного движения, построенная на основе анализа и логического обобще-

ния результатов исследований, практики, опыта, а также выявления и про-

слеживания закономерностей процессов движения потоков на перекрестках и

перегонах между ними. Эта цель достигается последовательным решением

комплекса частных задач на принципах системного подхода, анализа, обоб-

щения практики:

• построение математических моделей регулируемых и нерегулируемых

перекрестков с целью изучения потенциалов перекрестков улиц и дорог;

разработка методов расчета оптимальных режимов светофорного регулиро-

вания (суммарной длительности промежуточных тактов и длительностей ос-

новных - разрешающего и запрещающего движение), обеспечивающих мак-

симальный пропуск ТПП с минимальными задержками перед перекрестками

у стоп-линий, а также исследование фазовых коэффициентов и динамических

характеристик ТП;

• обобщение практики повариантной проработки схем организации и

управления дорожным движением, в аспекте системности и оптимальности;

• разработка методов расчета пропускной способности регулируемых и

нерегулируемых перекрестков, развязок с круговым движением;

• разработка методов расчета времени образования и рассасывания очере-

дей ТС, а также заторовых состояний в дорожном движении;

• обобщение практики, анализ и разработка методов расчета задержек ТП

у стоп-линий;

• анализ существующей теории конфликтования ТП с ТП, ТП с ПП в мес-

тах маневрирования на перекрестках и перегонах;

• обобщение практики существующих и предлагаемых методов расчета

ширины полосы движения проезжей части в зависимости от скорости и

плотности ТП на вероятностной основе;

• анализ движения групп транспортных средств существующих и предла-

гаемых методов их оценки от генерирующего до следующего перекрестка

дорог;

• анализ существующих и предлагаемых принципов магистрального, сете-

вого и регионального управления дорожным движением;

• анализ существующих и предлагаемых функциональных критериев

оценки качества О и УДД;

• обобщение практики и разработка метода комплексной оценки уровней

(качества) при локальном, магистральном, сетевом и региональном управле-

нии дорожным движением, в аспекте оптимальности.

Данная работа построена на логической базе. Экспериментальным мате-

риалом монографии послужили проведенные ручным (61115), полуавтомати-

ческим способом (23533), кино и видеосъемкой (368 часов) замеры исходных

параметров и расчетные характеристики движения ТПП.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕ-

ТА, ОЦЕНОК ПРОПУСКА

ТРАНСПОРТНЫХ И ПЕШЕХОДНЫХ ПОТОКОВ

1.1. Анализ существующих методов расчета и оценки пропуска транс-

портных и пешеходных потоков на регулируемых перекрестках

1.1.1. Анализ существующих принципов и методов расчета,

оценок длительностей циклов, тактов, фаз светофорного

регулирования дорожного движения

Существующие методы определения длительности циклов светофора

строятся лишь на базе оценки задержек или рассасывания полной очереди

ТС, образовавшейся перед перекрестком у стоп–линии.

1.1.1.1. Зарубежный опыт

Анализ методов расчета длительности циклов

Если обратиться к зарубежному опыту, то, пожалуй, необходимо на-

чать с работы американских специалистов Т. М. Метсона, У.С. Смита и др.

[166], которые предложили формулу определения длительности цикла

построенную на задержках:

= 3600





3600 -



1

=34200

 

 

1,23600

VV 

, (1.1)

где

= 4,75 с., - дополнительная задержка каждого стоявшего в очереди ав-

томобиля, возникшая от приведения очереди в движение;

= 2,1 с., - ин-

тервал трогания с места автомобиля;

- количество фаз в цикле;

интенсивность движения на пересекающихся направлениях, ТЕ/ч.

Эта формула не нашла применения на практике, так как в ней не при-

нимаются во внимание некоторые исходные параметры движения на пере-

крестке, а величина

, характеризует размер дополнительных задержек без

учета основных. В результате образуются заторы в движении или излишние

неоправданные задержки. Такие факторы, как геометрические размеры пере-

крестка [3, 137, 140, 141, 152, 186, 189, 196], конфликтующие потоки и ряд

других, авторами [166] не учтены. А интервал трогания автомобиля с места

, рекомендован одинаковым для всех случаев – 2,1 с., хотя в действитель-

ности он зависит от динамических качеств ТС, квалификации, скорости ре-

акции, внимательности – сосредоточенности на управлении автомобилем во-

дительского состава, условий движения и типа маневра, а также размеров

конфликтующих потоков [308, 309]. Кроме того, формула не учитывает ис-

ходные параметры пешеходного движения на перекрестке, что является

весьма существенным упущением в пропуске ТПП.

Зависимость цикла

по формуле (1.1) только от интенсивности дви-

жения

V на пересекающихся направлениях (табл. 1.1, рис. 1.1 линии М-М) не

позволяет рассчитывать длительности циклов светофора с учетом временно-

го интервала, при которых пропуск ТПП протекал бы нормально. Поэтому в

выпущенном позднее конспекте лекций для слушателей Калифорнийского

университета «Основы организации дорожного движения» рекомендуется

определять длительность цикла по методу подбора тактов, основанному на

логике и наблюдении. Так, длительность зеленого такта предлагается прини-

мать не менее 15 с., а желтых – 3-5 с.

В примере, приведенном автором конспекта, время, необходимое для

пересечения перекрестков пешеходами, определяется делением скорости

транспортных средств на 4 (по каждому направлению). Складывая, по этой

рекомендации, полученное «пешеходное время» с длительностью желтого

такта, получают минимальную длительность зеленого такта для каждого на-

правления. Полученные минимальные длительности (13 с.) увеличивают до

15 с. и оставляют без изменения полученную максимальную длительность 18

с. Потом находят максимальную длительность зеленого такта путем деления

максимальной часовой интенсивности движения на минимальную интенсив-

ность и умножения частного на максимальную из минимальных длительно-

стей зеленых тактов, полученных для пешеходов, т.е. на 18 с. Суммируя

длительности тактов, получают общую длительность цикла 47 с. потом при-

нимают 50 с. и т.д. [137].

Английским специалистом Ф.В Вебстером [342, 343, 344, 345, 346]



, с

Параметры:

200

2.1 1



 

 

mmV



ТЕ/ч

1ж

2ж

=4 с,

1ж

2ж

=2 с,

=1,5 с

Временной интервал между передними

бамперами ТС, с/ТЕ

Длительность цикла, С, Тц ,с

Параметры:

400

2.1 1



 

 

mmV



ТЕ/ч

1ж

2ж

=6 с,

1ж

2ж

=3 с,

=1,5 с

Временной интервал τ

, q, с/ТЕ

Рис. 1.1 Зависимость длительности цикла от значения временного интервала при

интенсивности движения 200 ТЕ/ч (а) и 400 ТЕ/ч (б) по пересекающимся направлениям:

О-О - по формуле Л.В. Гуревича, Н.П. Хрунова [53] и др.; Р-Р - по формуле В.А. Влади-

мирова [33-35], М.С. Фишельсона [245]; М-М- по формуле Т.М. Метсон, У.С. Смит, Ф.В.

Хард [166]; W-W - по формуле F.V. Webster, [341-346] ( табл. 1.1); М

-М

- по формуле А.J.

Мiller [308-309] (табл. 1.1)

а)

)

Длительность цикла, С, Тц ,с

предложен метод расчета длительности циклов (табл. 1.1, 1.2; рис 1.1, линии

WW), тактов и фаз СР по формуле

 



















1/55,1

, (1.2)

где

- длительность цикла, с; L – сумма всех промежуточных (переходных

тактов), с; n – количество фаз в цикле; y

– фазовый коэффициент в l – фазе,

который равен наибольшему соотношению фактической приведенной интен-

сивности движения N

фjk

к потоку насыщения, подсчитанных для всех подхо-

дов к перекрестку, обслуживаемых l – фазой,

= max{ N

фjk

нjk

}, (1.3)

здесь N

фjk

– приведенная интенсивность движения на рассматриваемом

подходе к перекрестку в j – направлениях, на k – полосах проезжих частей

обслуживаемых l – фазой, ТЕ/ч; M

нjk

– поток насыщения для этих же направ-

лений и полос проезжих частей в l – фазе, ТЕ/ч [308, 309, 342, 343, 344, 346].



CD

2//





craa

ttaKVVL



 CBAC

Таблица 1.1

Зависимость длительности циклов светофорного регулирования от размеров вре-

менного интервала по Вебстеру и Миллеру

Интенсивность λ

срj

, ТЕ/ч, N

фjk

ТЕ/с

Промежуточные такты L, с

Поток насыщения M

нjk

, ТЕ/с

Фазовый коэффициент на j и

j +2 направлениях y

Доля основного такта

α = β = 0,5

Суммарный фазовый

коэффициент y

+ y

По Миллеру π

Среднее квадратическое

отклонение σ, ТЕ/с

Отношение средне- квадрати-

ческого отклонения к интенси-

вности,

= σ/

ср

Временной интервал τ

, с/ТЕ

Длительность цикла Т

, с

По Вебстеру

100

0,027

0,21

0,127 0,5 0,254 - - - 1 14,7

100

0,027

0,17

0,154 0,5 0,308 - - - 2 15,8

100

0,027

4 0,15 0,18 0,5 0,36 - - - 3 17,8

100

0,027

0,12

0,209 0,5 0,418 - - - 4 18,9