Живоглядов В.Г. Теория движения транспортных и пешеходных потоков

Подождите немного. Документ загружается.

ках с 2-3 – рядным движением

- q =5 с, и q =5 с. Таким образом на ри-

сунках 1.1 и 1.2 иллюстрируется прерывистость функций линией О-О. Одна-

ко для некоторых пределов эта формула приемлема.

Приведенная в трудах В.А. Владимирова и М.С. Фишельсона [34, 35,

229, 230, 231] эмпирическая линейная формула определения длительности

цикла (длительное время) использовалась милицией дорожного надзора Мо-

сквы в практике светофорного регулирования, которая имеет вид

12/)(

ттТ





14/)(

ттТ



для зимних и летних периодов года соот-

ветственно. Зависимость длительности цикла от размеров временного интер-

вала между автомобилями при проезде стоп - линии иллюстрируется линией

Р – Р (см. рис. 1.1), где временной интервал на длительность цикла светофора

никакого влияния не оказывает. Он зависит лишь от интенсивности движе-

ния. Циклы светофора, полученные по этим формулам, обеспечивают про-

пуск ТП, но при этом зеленые такты в большинстве случаев используются

неэффективно [3], от них остаются значительные доли для безостановочного

проезда – «пролетного старта » [73, 75, 168, 169]. Пропуск ненасыщенных

потоков [3, 71, 73, 168] снижает пропускную способность перекрестка за

цикл и соответственно в час, а также увеличивает задержки у стоп – линий.

Эти формулы не учитывают конкретных геометрических параметров пере-

крестков, условий движения и состава ТП. Тем не менее они лучше амери-

канских [3, 28, 63, 137, 168], так как обеспечивают пропуск потока на пере-

крестке.

Т.В. Москалева [168] и др. выражают длительность цикла светофора

через, так называемый коэффициент полезного действия цикла

)1/(2 htТ

жц





)1/(3 htТ

жц





для 2 и 3 – фазных циклов соответственно, где

цжццзел

ТtТТth /)2(/







авторы рекомендуют в расчетах принимать

=0,90 - 0,92. В формуле не учи-

тываются интервалы между включением зеленого такта и троганием с места

первого автомобиля очереди, что дает верхний или ближний к нему предел

экстремального цикла, т.е. это соответствует равенству:

92,090,03600/)(









тт

где при τ = 1,2,3 с. (временной интервал между передними бамперами

автомобилей).

Суммарная часовая интенсивность движения на пересекаемых проез-

жих частях будет

= 3280, 1640, 1095 те/ч соответственно.

При меньших суммарных интенсивностях движения циклы, рассчитан-

ные по этой формуле, возрастут, как и задержки с линейной зависимостью,

что экономически не оправдано.

Удовлетворение спроса на левые повороты вынуждает применять 3- и

4- фазное СР, что связано с увеличением длительности циклов задержек ТС с

каждого направления, снижением скорости сообщения, что, как правило, не

всегда оправдано.

Многие исследователи опытным - эмпирическим путем устанавливают

значения длительности циклов от 30 до 180 с. [29, 33, 34, 35, 36, 66, 67,137,

168,183, 193 и др.] и рекомендуют их для применения в светофорном регули-

ровании на перекрестках с другими условиями движения и составом потока.

Этот путь рекомендовался и «Техническими условиями применения свето-

форной сигнализации на улицах и дорогах» [41, 49, 50, 51, 227, 232, 233]. Но

всеми советскими и зарубежными исследователями [3, 4, 22, 25, 26,28, 35, 36,

37, 52, 53, 56, 57, 63, 124, 126, 129, 131, 132, 133, 134, 135, 137, 138, 141, 146,

147, 152, 168, 169, 181, 188, 196, 202, 206, 213, 215, 224, 231, 245, 255, 261, и

др.] установлено, что между длительностью цикла и интенсивностью прибы-

тия к стоп – линии с учетом ряда факторов существует пропорциональная за-

висимость. Доказано, что интенсивность движения ТС и пешеходов изменя-

ется не только в течение дня, часа, но и в более короткие интервалы времени,

не учет этого приводит либо к заторам в движении (это когда длительность

цикла меньше оптимальной), либо к неоправданным задержкам (когда дли-

тельность цикла больше оптимальной величины).

В.Г. Боцманов

на основе материалов моделирования, предлагал верх-

ний и нижний пределы экстремального цикла и зеленой фазы 76 и 35 с. соот-

ветственно. При интенсивности движения по одной проезжей части более

1000 ед/ч желательно, по его мнению, разделение транспортных потоков в

пространстве, так как светофорное регулирование не эффективно.

Анализ методов расчета промежуточного такта

Назначение промежуточного такта заключается в даче временной воз-

можности для освобождения зоны перекрестка не только тем ТС, которые

были застигнуты на нем желтым сигналом, но и тем которые в последнюю

секунду горения зеленого сигнала пересекали стоп – линию и не в состоянии

были остановиться перед ней своевременно. Однако ТС, водители которых

заметили этот сигнал на достаточном расстоянии для остановки перед стоп –

линией, обязаны остановиться и ждать разрешающего такта. Водителям ТС,

стоящих у стоп – линии при включении желтого сигнала после запрещающе-

го такта, подготовиться к началу движения и начать движение с включением

разрешающего такта.

Обращает внимание тот факт, что длительности промежуточных тактов

не рассчитываются по формулам с учетом динамики ТПП, геометрических

параметров перекрестков и условий движения, поскольку теоретические раз-

работки по выводу таких формул отсутствуют. Ошибочно полагают, что

промежуточные такты это лишь границы основных фаз и при проезде пере-

крестка никакого значения не имеют и служат даже причиной значительных

задержек и т.п. Их длительности рекомендуются противоречиво и не обосно-

вано: 3-7 с [227, 232 и др.], 3-5 с [137]. Например, для освобождения перекре-

стка трамвайным поездом, если он начал движение после остановки перед

перекрестком, потребуется не менее чем 7-16 с. в зависимости от геометри-

ческих параметров перекрестка и других факторов. При длительности про-

межуточных тактов меньшей, чем которая соответствует геометрическим па-

раметрам перекрестка и динамике ТПП, будут созданы аварийные очаги, при

Боцманов В.Г. Исследование закономерностей насыщенных транспортных потоков для решения некото-

рых задач организации движения : Дис. … канд. Тех. Наук / МАДИ. М., 1969. 186 с.

большей – возникнут неоправданные задержки автомобилей у стоп – линий,

что вызовет нервозность водителей, снизит пропускную способность и безо-

пасность движения на регулируемых участках улиц. Зависимость длительно-

сти циклов светофора от геометрических параметров перекрестков и соответ-

ственно от размеров промежуточных тактов показана в табл. 1.7. на рис. 1.5.

По этим мотивам зарубежные исследователи [3, 22, 56, 63, 126, 338, 340 и

др.] пытаются промежуточные такты в цикле упразднить, соответственно

увеличив длительность основных тактов, оправдывая это усилением контра-

стности “горения” сигналов.

Исследования отдельных элементов ТПП или проезжих частей одного

направления без учета динамики образования очереди и ее рассасывания,

выполняемых маневров и конфликтных ситуаций при этом, а также ос-

вобождения зоны перекрестка от ТС на всех подходах к нему и на нем в еди-

ницу времени не позволяет правильно описать динамику движения потоков,

Рис 1.5. Зависимость длительности циклов светофора от суммарной длительности

промежуточных тактов при временном интервале τ = 2 с/ТЕ, интенсивность движе-

ния λ

= 0,166 ТЕ/с: линия W-W по методу Вебстера, линия А-А по методу, предло-

женному автором настоящей монографии

установить действительные причины отрицательных характеристик и сделать

соответствующие выводы.

Таблица 1.6

Зависимость длительности цикла светофора от размеров промтактов – желтых сиг-

налов – геометрических параметров перекрестков по трем методам в сравнении

(см. рис. 1.5)

Сум-

марная

дли-

тельно-

сть

пром-

тактов

Т , с

Интенсив-

ность дви-

жения,



, ТЕ/ч,

ТЕ/с

Доля

основ-

ного

такта







0,5

Вре-

мен-

ной

интер-

вал



с/ТЕ

Поток

насы-

щения,

Фазо-

вый

коэф-

фици-

ент,

Длительность цикла

По Веб-

стеру

, с

По методу,

предлагае-

мому авто-

ром моно-

графии С,

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 38,9 15

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 49,5 21

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 60 27

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 70,7 33

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 81,3 39

600

0,1666

0,5 2 0,465 0,358 91,9 45

Метод расчета промежуточного такта предложенный Вебстером (урав-

нения (1.4) – (1.7)), построен на замерах скоростей движения в зоне перекре-

стка и на подходах к нему, расчетах, составляющих модель параметров и

прибавлении к ним двух секунд, что отражает его эмпирическую направлен-

ность и в тоже время не отражающий сложившейся практики проезда пере-

крестка в вероятностном аспекте. Тангенс угла наклона линии W-W по Веб-

стеру больше чем у линии А-А- по методу предложенному в монографии за

счет увеличения суммарной длительности промтактов на 50 процентов и

прибавления к ней еще пяти секунд (рис. 1.5, табл. 1.6).

На сновании вышеперечисленного можно сделать вывод, что между

длительностью цикла и суммарной величиной промежуточных тактов жел-

тых сигналов существует линейная зависимость, отражающая геометриче-

ские параметры перекрестка.

Анализ, обобщение практики по расчету длительностей основных

(разрешающих и запрещающих движение) тактов

По методу Метсона длительность зеленого такта

зел

, с, определяется

следующим образом:









кСt

зел

 3600/

111



, с;









кСt

зел

 3600/

222



, (1.13)

где



- интенсивность прибытия ТС с первого направления, ТЕ/ч; С – дли-

тельность цикла, с;



– временной интервал между передними бамперами

ТС при пересечении стоп – линии, с/ТЕ; к = 4,75 с - принимается при типич-

ных дорожных условиях.

По методу Вебстера длительность зеленого такта

зел

определяется









211

/ ууLТуt

цзел







, (1.14)

Американский специалист Ренкин длительность зеленой фазы опреде-

ляет по интенсивностям прибытия ТС к перекрестку (эквивалентным) таб-

личным методом.

Результаты расчета длительности зеленых тактов по методам Вебстера,

Метсона и Ренкина иллюстрируются в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Результаты расчета длительностей зеленых тактов по методам Вебстера,

Метсона и Ренкина

Интен-

сив-

ность

движе-

ния



те/ч

Сум-

марная

длитель

тель-

ность

пром-

тактов

Т ,

Вре-

мен-

ной

интер-

вал



с/те

Поток

насы-

щения

нас

Фазо

зо-

вый

коэф-

эффи

фи-

ци-

ент

Дли-

тель-

ность

цик-

ла

Длитель-

ность зе-

леного

такта по

Вебстеру

зел

, с

Длитель-

ность зе-

леного

такта по

Метсону

зел

, с

Длитель-

ность зе-

леного

такта по

Ренкину

зел

, с

200 9,5 2,1 0,391 0,14 27,7 8,6 7,9 14

400 9,5 2,1 0,43 0,253 39 14,7 13,8 22

600 9,5 2,1 0,444 0,375 77 33,7 31,7 60

800 9,5 2,1 0,453 0,49 962 476 453 -

Таким образом, расхождения в расчете длительности разрешающих

тактов при одних и тех же исходных данных дают повод для проведения до-

полнительных исследований и разработки метода расчета основных тактов

на аналитической основе.

Анализ, обобщение практики по расчету длительностей основных

(разрешающих и запрещающих движение) тактов

В отечественной практике расчет длительностей основных тактов

производится по методу Вебстера, формула (1.13), динамика которой показа-

на в табл. 1.5. Эта же формула рекомендована в учебнике [147].

В заключении можно заметить, что поскольку уравнение (1.13) по

расчету основных тактов построено на фазовых коэффициентах и промежу-

точном такте Вебстера, требующих уточнения, целесообразно провести до-

полнительные исследования.

1.1.1.3 Условия применения светофорной сигнализации

Непрерывный рост интенсивности городского движения приводит к

постоянному развитию транспортной схемы и увеличению количества пере-

крестков, нуждающихся в принудительном регулировании [124, 128, 131,

137, 168, 231, 308, 309, 314, 342, 343, 344, 346]. К техническим средствам

принудительного регулирования, помимо приоритетных знаков и дорожной

разметки, относится светофорная сигнализация, которая применяется в ос-

новном для поочередного пропуска транспортных и пешеходных потоков,

т.е. разделения потоков во времени. При этом уменьшается частота повто-

ряемости некоторых типов ДТП и создается обстановка, при которой водите-

ли уверены в гарантированном безопасном проезде зоны перекрестка [33, 52,

127, 193, 194, 196, 202, 213].

Зарубежные исследователи [63, 137, 168, 305 и др.] утверждают, что

установка устройств светофорной сигнализации не решает проблемы регули-

рования движения на перекрестке, в то же время увеличивает суммарные за-

держки на регулируемых перекрестках, особенно вне часов «пик», и число

некоторых типов происшествий. Однако анализ причин и динамики задержек

приводит к выводу, что это имеет место на любых типах перекрестков. На

регулируемых их тем больше, чем больше разность между принятым и опти-

мальным циклом светофора. А это имеет место при динамических характери-

стиках потоков не соответствующих принятым длительностям циклов, т.е.

интервалам времени для поочередного пропуска транспортных и пешеход-

ных потоков. Излишние задержки транспортных средств, а также несоответ-

ствие длительности желтых тактов размерам перекрестка и условиям движе-

ния на нем увеличивает вероятности таких типов ДТП, как столкновения в

зоне перекрестка. На нерегулируемых перекрестках эта вероятность стремит-

ся к единице, будучи значительно больше, чем на регулируемых [6, 18, 225 и

др.]. Таким образом, перечисленные недостатки светофорной сигнализации

полностью относятся к вопросам регулирования, но не ставят под сомнение

целесообразность ее применения вообще. Водитель на регулируемом пере-

крестке чувствует себя уверенней, а значит тратит меньше психоэнергии на

его проезд. Светофорный объект при правильном распределении потоков по

направлениям, исключающим на них конфликтные ситуации за счет запре-

щения левых поворотов при встречных потоках, имеет конфликтную загруз-

ку, адекватную развязке в разных уровнях. Он не только упорядочивает (за

счет схем), но и управляет (за счет поочередного пропуска) движением ТПП.

Снижение пропускной способности можно относить не к светофорному объ-

екту, а к перекрестку дорог, условиям движения на нем. Светофорное регу-

лирование подразделяется на многопрограммное жесткое и автоматическое –

гибкое (адаптивное) управление дорожным движением. Последние могут

быть: управляемые проходящим транспортом и пешеходами посредством со-

ответствующих детекторов и датчиков, т.е. с «гибким режимом», и коорди-

нированного действия на малых и больших пространствах, как с «жесткими»,

так и «гибкими» режимами управления движением.

Ручное управление светофором относится к «гибким режимам», но ав-

томатизация бесповоротно вытеснила ручной труд в регулировании движе-

ния [4, 5, 34, 55, 56, 139, 169, 195]. Светофоры с «жестким режимом», управ-

ляемые автоматически, могут функционировать:

- по одной постоянной программе («жестком» однопрограммном

управлении), т.е. с постоянной продолжительностью цикла и с различными

тактами, фазами при изолированном или координированном управлении до-

рожным движением;

- по изменяемой программе (многопрограммном управлении), т.е. с

различной и предварительно установленной «жесткой» продолжительностью

тактов фаз и цикла светофора при изолированном и координированном

управлениях дорожным движением. Светофор устанавливается на ту или

иную программу, вручную или при помощи автоматического устройства.

Широкое распространение получают шести и более программные автомати-

ческие светофорные устройства [1, 3, 4, 5, 25, 35, 36, 39 и др.].

Светофоры с адаптивным управлением движения ТПП по времени, ра-

ботают по локальным или координированным системам управления движе-

нием на малых и больших пространствах. Интенсивность прибытия участни-

ков движения к стоп – линии перекрестка при изолированной схеме или к на-

чалу координированного малого или большого пространства определяет про-

должительность соответствующих фаз по критериям, несколько отличаю-

щимся для перечисленных выше схем светофорного регулирования. Зависи-

мость длительности циклов светофора

(табл. 1.5, рис. 1.6, кривая W-W), С

(табл. 1.6, рис. 1.6, кривая А-А) от размеров дорожного движения иллюстри-

руется на рис. 1.7, и показана в табл. 1.5 и 1.8

Таблица 1.8

Зависимость длительности цикла светофора от размеров дорожного движе-

ния

Однопрограммные средства создают чрезмерные задержки в периоды

спада движения и заторы на подходах к перекрестку в часы «пик». Несмотря

на это однопрограммное регулирование в большинстве малых городов и на-

селенных пунктов нашей страны на основной массе регулируемых перекре-

стков, к сожалению, сохраняется [25, 33, 36, 39, 169, 196], чем наносится зна-

чительный ущерб как экологии, экономике, так и безопасности движения.

Это объясняется отсутствием доступной по стоимости измерительной аппа-

ратуры и легко внедряемых устройств многопрограммной светофорной сиг-

нализации, а так же достаточного штата для исполнения работы по организа-

ции и обеспечению безотказности, надежности светофорного регулирования.

Желательно, чтобы необходимость многопрограммного и адаптивного све-

тофорного регулирования, рассчитанная по оптимальным алгоритмам, была

должным образом отражена в «Руководстве по организации и управлению

движением в городах и на автомобильных дорогах».

Многопрограммное управление ТПП можно отнести, как и управляе-

мые движением ТПП, к «гибким – адаптивным» режимам, но первые значи-

тельно практичные, как в изготовлении, внедрении, так и в эксплуатации. Их

недостатком является лишь слабая реактивность, то есть отсутствие реакции

на кратковременные изменения размеров движения ТПП, выходящие за экс-

тремумы заложенных в программы параметров по средним значениям в еди-

Интен-

сивность

срj



ТЕ/ч,

ТЕ/с

Вре-

мен-

ной

интер

тер-

вал



,с/

ТЕ

Доля

основного

такта







Динамическая

характеристика

транспорт-

ного потока по

нечетным на-

правлениям

Динамическая

характеристика

транспортного

потока по чет-

ным направле-

ниям

Про-

межу-

точные

такты

, с

Дли-

тель-

ность

цикла

свето-

фора С

180, 0,05

2,1 0,5 0,105 0,105 6 8,9

360, 0,1

2,1 0,5 0,21 0,21 6 12,6

540, 0,15

2,1 0,5 0,315 0,315 6 18,9

720, 0,2

2,1 0,5 0,42 0,42 6 43,8