Транспортный поток определение. Автомобильные системы маршрутной навигации

Характеристики транспортных потоков

Наиболее необходимыми и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Интенсивность транспортного потока определяется как число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.

На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузообразующих и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.

Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, то есть по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями.

При исследованиях и проектировании организации движения приходится прибегать к описанию транспортных потоков математическими методами. Первостепенными задачами, послужившими развитию моделирования транспортных потоков, явились изучение и обоснование пропускной способности магистралей и их пересечений. Поведение транспортного потока очень изменчиво и зависит от действия многих факторов и их сочетаний. Наряду с такими техническими факторами, как транспортные средства и сама дорога, решающее влияние на него оказывают поведение водителей и пешеходов, а также состояние сред движения.

Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым профессором Г.Д.Дубелиром. Первая попытка обобщить математические исследования транспортных потоков и представить их в виде самостоятельного раздела прикладной математики была сделана Ф.Хейтом. Известные и нашедшие практическое применение в организации дорожного движения математические модели можно разделить на две группы в зависимости от подхода. Это детерминированные и вероятностные, то есть стохастические.

К детерминированным относятся модели, в основе которых лежит функциональная зависимость между отдельными показателями, например, скоростью и дистанцией между автомобилями в потоке. При этом принимается, что все автомобили удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Стохастические модели отличаются большей объективностью. В них транспортный поток рассматривается как вероятностный, случайный процесс. Например, распределение временных интервалов между автомобилями в потоке может приниматься не строго определенным, а случайным.

Для уточнения взаимного пространственного положения движущихся транспортных средств введено такое понятие, как динамический габарит транспортного средства. Данный параметр определяют как сумму длины транспортного средства, дистанции безопасности и зазора до остановившегося впереди автомобиля. Для легковых автомобилей этот зазор колеблется в пределах 1-3 метров. Известно по крайней мере три подхода к определению динамического габарита.

При расчете минимальной теоретической дистанции исходят из абсолютно равных тормозных свойств пары автомобилей и учитывают только время реакции ведомого водителя. Тогда динамический габарит состоит из суммы длины транспортного средства, зазора и произведения скорости и времени реакции водителя. В этом случае возможная интенсивность транспортного потока не имеет предела по мере увеличения скорости. Однако это не соответствует реальным характеристикам водителей и приводит к завышению возможной интенсивности потока. Здесь главную роль играет практическое значительное увеличение времени реакции при высоких скоростях.

При расчете на полную безопасность исходят из того, что дистанция безопасности должна быть равна полному остановочному пути заднего автомобиля. Такой подход больше соответствует требованиям обеспечения безопасности движения при скоростях, превышающих 90 километров в час. Наиболее же реальный подход основан на той предпосылке, что при расчете дистанции безопасности надо учитывать разницу тормозных путей автомобилей, а также то обстоятельство, что лидер в процессе торможения также перемещается на расстояние, равное своему тормозному пути. В результате изучения транспортных потоков высокой плотности и специальных экспериментов, проведенных американскими специалистами, была предложена теория следования за лидером, математическим выражением которой является микроскопическая модель транспортного потока.

Микроскопической ее называют потому, что она рассматривает элемент потока, пару следующих друг за другом транспортных средств. Особенностью этой модели является то, что в ней отражены закономерности комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда», в частности, психологический аспект управления автомобилями. Он заключается в том, что при движении в плотном транспортном потоке действия водителя обусловлены изменениями скорости лидирующего автомобиля и дистанции до него.

Сергей ЗОЛОТОВ

Транспортный поток состоит из отдельных автомобилей, обладающих различными динамическими характеристиками и управляемых разными по квалификации водителями, т. е. он не является однородным .

В условиях малоинтенсивного движения, когда по дороге движутся отдельные транспортные средства с большими интервалами, водителя в выборе режима движения ограничивают Правила движения, состояние автомобиля и дороги. В плотном транспортном потоке водитель не свободен в выборе скорости движения, он не всегда может сделать обгон и его поведение в значительной степени определяется общим ритмом движения на дороге. Следовательно, интенсивный транспортный поток нивелирует различия в характеристике отдельных водителей и машин.

Наблюдения показали, что движение плотного транспортного потока по улице или дороге напоминает движение воды в канале . Если быстро преградить путь потоку воды в канале, то он мгновенно остановится и по поверхности пробежит обратная волна.

Эффект обратной волны применительно к транспортному потоку выражается в резком снижении скорости вдоль колонны и сокращении интервалов между автомобилями .

Хорошо известно, что канал определенного сечения может пропустить вполне определенное количество воды в единицу времени. Если мы хотим пропустить через канал большее количество воды, то должны увеличить его сечение. Нечто подобное происходит и с транспортным потоком, движущимся по своему каналу — улице или дороге. Проезжая часть определенной ширины может пропустить вполне определенное количество автомобилей, и если мы хотим увеличить ее пропускную способность, то должны расширить дорогу.

Эта аналогия дала специалистам основание применить для изучения закономерностей транспортных потоков законы движения жидкости. Такая модель, правда, с определенными ограничениями позволяет проводить важные исследования и решать ряд практических вопросов по регулированию движения.

Транспортный поток можно характеризовать тремя основными параметрами : интенсивностью N, средней скоростью V и плотностью D . Эти параметры связаны основным уравнением транспортного потока: N = DV .

Графически это уравнение представляет собой основную диаграмму транспортного потока, общий вид которой показан на рис. 1.

Рис. 1. Основная диаграмма транспортного потока

Пользуясь уравнением и диаграммой, можно определять характеристики транспортного потока. Так, средняя скорость выражается через тангенс угла наклона прямой, соединяющей начало координат с точкой, координаты которой характеризуют определенную интенсивность и плотность (N/D).

Максимально возможная при данных условиях интенсивность движения, как это следует из диаграммы, достигается при определенной плотности транспортного потока (точка A на диаграмме) и называется пропускной способностью полосы движения или дороги в целом. Характерно, что при плотности потока, большей, чем в точке A, интенсивность движения снижается. Объясняется это тем, что при большой плотности движения, часто возникают заторы, снижается скорость и это приводит к уменьшению количества автомобилей, проходящих в единицу времени через какое-либо сечение или участок дороги.

Из основной диаграммы и уравнения транспортного потока следует очень важный для регулирования движения вывод: в тех случаях, когда возникает потребность пропустить по дороге максимально возможное количество автомобилей, необходимо установить с помощью знаков определенный режим скорости, который обеспечивает наибольшую интенсивность .

Как показывают наблюдения, при благоприятных условиях движения обычная двухполосная дорога с шириной проезжей части 7 — 7,5 м может пропустить не более 2000 автомобилей в час. Максимальная интенсивность достигается при скорости примерно 50-60 км/ч. (Лобанов Е.М., Сильянов В.В. и др. Пропускная способность автомобильных дорог).

Одной из характеристик движения является свобода обгонов в транспортном потоке . Потребность в обгонах появляется вследствие разнородности состава потока — легковые автомобили и быстроходные грузовые для поддержания желаемой скорости стремятся обогнать медленно движущиеся транспортные средства. С увеличением интенсивности движения потребность в обгонах растет, а возможности для их реализации уменьшаются , поскольку во встречном потоке становится все меньше и меньше интервалов, которые обеспечивают безопасные условия маневра. Наблюдения показывают, что обгон протекает свободно, когда во встречном потоке интервал между автомобилями имеет такую величину, которая может быть преодолена за 20 с и более. Если этот интервал оказывается менее 7 с, то обгон становится практически невозможным.

Конечно, отдельные опытные водители, управляя легковым автомобилем с хорошими динамическими качествами, могут совершить обгон и при меньших интервалах, но это сопряжено с большим риском.

В табл. 1. приведены данные, характеризующие возможности совершения обгонов на обычной дороге шириной 7 — 7,5 м при различной интенсивности движения. Как показывают расчеты, при интенсивности движения 100 авт/ч в транспортном потоке 70% всех интервалов больше 20 с , и поэтому обгоны могут происходить сравнительно свободно . При интенсивности 900 авт/ч таких интервалов остается только 4%, и это намного усложняет условия обгона . Наблюдения, проводившиеся Московским автомобильно-дорожным институтом, показывают, что обгоны уже практически не совершаются, когда суммарная интенсивность движения на дороге в обоих направлениях достигает 1500- 1800 авт/ч. Происходит это из-за уменьшения в транспортном потоке безопасных для обгона интервалов.

Таблица 1.

Распределение количества интервалов различной длительности в транспортном потоке при различной интенсивности движения

Интенсивность движения на дороге, авт/ч	Количество интервалов, %
	До 10 с	От 10 с до 20 с	Больше 20 с
	8	22	70
		44
	34	49
	44	48
900	53	43

Unfortunately we do not provide you with any retail Windows 10 Product key here, sorry, you’re at the wrong website. But wait – we would like you to offer atleast valid and working generic windows installation keys to install Windows 10. As said, all of the example keys provided below are installation keys only. These keys will not activate your Windows 10 (neither of the available versions). Generic Windows 10 keys are default keys that are inserted if you choose to skip entering a product key during the installation process.

If you are looking for a valid retail Windows 10 Key we’d like you to take a look at the keys below. You’ll find a link to where you can buy Windows 10 Product Keys for any version out on the market. The prices for the Windows 10 Keys differ based on your choice of the selected version of Windows 10.

Windows 10 Product Key

The Windows 10 product keys listed in this section can also be used with unattended installations (unattended.xml) of Windows 10. Though they are blocked at the Microsoft clearinghouse and therefore cannot be used to activate any productive systems to fully working retail installations. Keys provide you with a couple of days for you to complete the Windows 10 activation process. The keys supplied do not depend on the architecture. They will work on either x86 (32 Bit) and x64 (64 Bit) installations of Windows 10.

При формировании информации о состоянии дорожного движе­ния в первую очередь необходимы данные, характеризующие транс­портный поток.

Многолетний зарубежный и отечественный опыт научных иссле­дований и практических наблюдений за транспортными потоками по­зволил выделить наиболее объективные показатели. По мере совершен­ствования методов и аппаратуры для исследования транспортных по­токов номенклатура показателей, используемых в организации дорож­ного движения, продолжает развиваться. Наиболее часто применяемы­ми являются: интенсивность транспортного потока, его состав по ти­пам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, за­держки движения. Охарактеризуем эти и другие показатели транспорт­ного потока.

Интенсивность транспортного потока (интенсивность движения) N a – это число транспортных средств, проезжающих через сечение до­роги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени (минуты, секунды) в зави­симости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.

На УДС можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузо- и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. На рис. 2.1 показан пример картограммы, характеризующей интенсивность транспортных потоков (в автомобилях в час) на магистральных улицах города.

Неравномерность транспортных потоков во времени (в течение года, месяца, суток и даже часа) имеет важнейшее значение в проблеме орга­низации движения (рис. 2.2, 2.3). Типичная кривая распределения ин­тенсивности движения в течение суток на городской магистрали пока­зана на рис. 2.2. Примерно такая же картина наблюдается и на автомо­бильных дорогах. Кривые на рис. 2.2 позволяют выделить так называе­мые "часы пик", в которые возникают наиболее сложные задачи орга­низации и регулирования движения.

Термин "час пик" является условным и объясняется лишь тем, что час является основной единицей измерения времени. Продолжительность наибольшей интенсивности движения может быть больше или меньше часа. Поэтому наиболее точным будет понятие пико­вый период, под которым подразумевают время, в течение которо­го интенсивность, измеренная по малым отрезкам времени (напри­мер, по 15-минутным наблюдениям), превышает среднюю интен­сивность периода наиболее оживленного движения. Периодом наи­более оживленного движения на большинстве городских и внего­родских дорог обычно является 16-часовой отрезок времени в те­чение суток (примерно с 6 до 22 ч). В условиях перенасыщения УДС транспортным потоком на ряде ма­гистралей Москвы и других крупных городов в течение практически всего активного периода суток наблюдается "пиковая" интенсив­ность (линия 3 на рис. 2.2), сопровождающаяся заторовыми явлениями.

Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномернос­ти К н. Этот коэффициент может быть вычислен для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящейся на дан­ный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивно­сти к средней за одинаковые промежутки времени.

Рис. 2.1. Картограмма среднесуточной интенсивности транспортных потоков в городе Рис.

Коэффициент годовой неравномерности

,

где 12 – число месяцев в году; N ам – интенсивность движения за срав­ниваемый месяц, авт/мес; N aг – суммарная интенсивность движения за год, авт/г.

Коэффициент суточной неравномерности

,

где 24 – число часов в сутках; N ач – интенсивность движения за сравнивае­мый час, авт/ч; N ас – суммарная интенсивность движения за сутки, авт/сут.

Необходимо отметить, что в публикациях по дорожному движению применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности дви­жения. Под объемом движения понимают фактическое число автомо­билей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период.

Для характеристики пространственной неравномерности транс­портного или пешеходного потока могут быть также определены соот­ветствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог аналогично временной неравномерности.

Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часо­выми значениями. При этом наиболее важен этот показатель в пико­вые периоды. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в "часы пик" в различные дни недели может иметь неодина­ковые значения.

На дорогах с более высоким уровнем интенсивности движения транспортных средств меньше неравномерность движения и стабиль­нее интенсивность в пиковые периоды.

Для двухполосных дорог с встречным движением общую интенсив­ность характеризуют обычно суммарным значением встречных пото­ков, так как условия движения и, в частности, возможность обгонов определяются загрузкой обеих полос. Если же дорога имеет раздели­тельную полосу и встречные потоки изолированы друг от друга, то сум­марная интенсивность встречных направлений не определяет условия движения, а характеризует лишь суммарную работу дороги как соору­жения. Для таких дорог интенсивность движения в каждом направле­нии имеет самостоятельное значение.

Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирова­ния движения в городских условиях, важна не только суммарная ин­тенсивность потока по данному направлению, но также интенсивность, приходящаяся на одну полосу, или так называемая удельная интенсив­ность движения М а. Если известно конкретное распределение интен­сивности движения по полосам и оно существенно неравномерно, то в качестве расчетной интенсивности М а можно принять интенсивность движения по наиболее загруженной полосе.

Временной интервал t i между следующими друг за другом по одной полосе транспортными средствами является показателем, обратным ин­тенсивности движения. Математическое ожидание E(t i) определяется зависимостью E(t i) = 3600/M а. Если интервал t i между следующими друг за другом по полосе автомобилями более 10 с, то их взаимное влияние является относительно слабым и условия движения характеризуются как "свободные". Более детально стохастический процесс распределе­ния автомобилей в транспортном потоке и временных интервалов между ними рассмотрен в подразделе 2.4.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Этот показатель оказывает зна­чительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает об­щий состав парка автомобилей в данном регионе. Так, на дорогах США и многих западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80 – 90% общей численности парка. По мере роста автомо­билизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке нашей страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Во многих случаях эта доля достигает уже 70 – 90%.

Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог (стеснен­ность движения), что объясняется прежде всего существенной разни­цей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомо­билей 4 – 5 м, грузовых 6 – 8 м, то длина автобусов достигает 11 м, а ав­топоездов 24 м. Сочлененный автобус (троллейбус) имеет длину 16,5 м. Однако разница в габаритных размерах не является единственной при­чиной необходимости специального учета состава потока при анализе интенсивности движения.

При движении в транспортном потоке важна разница не только в статическом, но и в динамическом габарите автомобиля , который зави­сит в основном от времени реакции водителя и тормозных качеств транспортных средств. Под динамическим габаритом L д (рис. 2.4) под­разумевается участок дороги, минимально необходимый для безопас­ного движения в транспортном потоке с заданной скоростью автомо­биля, длина которого включает длину автомобиля l а и дистанцию d , называемую дистанцией безопасности .

Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчет­ному определению L д, предлагаемых различными авторами (см. под­раздел 2.4).

Таблица 2.1

Тормозные качества автомобилей различных типов в эксплуатации существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения (табл. 2.1), установленными ГОСТ 25478–91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы проверки».

В табл. 2.2 приведена полная классификация автотранспортных средств, установленная КВТ ЕЭК ООН.

Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, маневренности автомобиля, кото­рые влияют на дистанцию, избираемую водителем. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При колонном дви­жении легковых автомобилей каждый водитель, благодаря большой поверхности остекления, а также небольшим габаритам впереди иду­щих автомобилей, может достаточно хорошо видеть и прогнозировать обстановку впереди нескольких автомобилей. В то же время, если пе­ред легковым автомобилем движется грузовой автомобиль или автобус, то водитель легкового автомобиля лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди, и его действия по управлению ста­новятся менее уверенными. В этом случае из-за невозможности доста­точного прогнозирования обстановки впереди резко возрастает опас­ность при обгоне, а также в случае экстренной остановки автомобилей, движущихся в плотной колонне.

При обследованиях транспортных потоков большой интенсивнос­ти определенную трудность представляет задача точного определения грузоподъемности каждого грузового автомобиля. Поэтому можно при­бегнуть к упрощенному методу учета этой категории транспортных средств и принять для всех грузовых автомобилей грузоподъемностью 2 – 8 т обобщенный коэффициент 2.

При описании характеристик транспортного потока, как в пись­менной форме, так и в виде графиков, следует обратить внимание на необходимость указывать соответствующую размерность в физических единицах (авт/ч) или в приведенных (ед/ч).

Таблица 2.2

Категория ТС	Тип ТС	Разрешенная максимальная масса, т	Примечание
М 1	ТС с двигателем, предназначенные для перевозки пассажиров и имеющие не более 8 мест для сидения (кроме места водителя)	Не нормируется	Легковые автомобили
М 2	То же, имеющие более 8 мест для сидения (кроме места водителя)	До 5,0	Автобусы
М 3	То же	Свыше 5,0	Автобусы, в том числе сочлененные
N 1	ТС с двигателем, предназначенные для перевозки грузов	До 3,5	Грузовые автомобили, специальные автомобили
N 2	То же	Свыше 3,5 до 12,0	Грузовые автомобили, автомобили-тягачи, специальные автомобили
N 3	"	Свыше 12,0	То же
О 1	ТС без двигателя	До 0,75	Прицепы одноосные
О 2	То же	Свыше 0,75 до 3,5	Прицепы и полуприцепы, за исключением категории О 1
О 3	"	" 3,5 до 10,0	То же
О 4	"	" 10,0	"

Для решения практических задач ОДД могут быть использованы ре­комендации по выбору значений К пр, содержащиеся в отечественных нормативных документах:

С помощью коэффициентов приведения можно получить показатель интенсивности движения в условных приведенных единицах, ед/ч

,

где N i – интенсивность движения автомобилей данного типа; K npi – соответ­ствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; n – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений.

Исследования показывают, что используемые коэффициенты при­ведения являются приближенными и для современных моделей авто­мобилей завышенными. Опыт исследований K пр показывает, что при более детальном подходе к роли коэффициента приведения его значе­ния необходимо дифференцировать также в зависимости от уровня ско­ростного режима и профиля дороги.

Плотность транспортного потока q a является пространственной ха­рактеристикой, определяющей степень стесненности движения на по­лосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящих­ся на 1 км протяженности дороги. Предельная плотность достигается при неподвижном состоянии колонны автомобилей, расположенных вплотную друг к другу на полосе. Для потока современных легковых автомобилей теоретически такое предельное значение q max составляет около 200 авт/км. Практические исследования на кафедре организа­ции и безопасности движения МАДИ показали, что этот показатель колеблется в пределах 170-185 авт/км. Это объясняется тем, что води­тели не подъезжают при заторе вплотную к переднему автомобилю. Естественно, что при предельной плотности движение невозможно даже при централизованном автоматическом управлении автомобилями, так как отсутствует дистанция безопасности. Плотность q max вместе с тем имеет значение как показатель, характеризующий структуру (состав) транспортного потока. Наблюдения показывают, что при колонном движении легковых автомобилей с малой скоростью плотность потока может достигать 100 авт/км. При использовании показателя плотности потока необходимо учитывать коэффициент приведения для различных типов транспортных средств, так как в противном случае сравне­ние q a для различных по составу потоков может привести к несопоста­вимым результатам. Так, если принять, что на дороге движется колон­на автобусов с плотностью 100 авт/км (возможной для легковых авто­мобилей), то фактическая длина такой колонны вместо 1 км практи­чески составит 2,0–2,5 км. Если же учесть рекомендуемое значение К пр для автобусов, равное 2,5, то максимальная плотность движения ко­лонны автобусов в физических единицах может составить 40 автобусов на 1 км, что является реальным.

Чем меньше плотность потока, тем свободнее себя чувствуют води­тели, тем выше скорость, которую они выбирают. Наоборот, по мере повышения q а , т. е. стесненности движения, от водителей требуется по­вышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышает­ся их психическая напряженность. Соответственно увеличивается ве­роятность ДТП вследствие ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа автомобиля.

В зависимости от плотности потока движение по степени стеснен­ности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, ко­лонное .

Численные значения q а в физических единицах (автомобилях), со­ответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэф­фициента сцепления φ, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями ско­рость.

Скорость движения v a является важнейшим показателем, так как представляет целевую функцию дорожного движения. Наиболее объек­тивной характеристикой процесса движения транспортного средства по дороге может служить график изменения его скорости на протяже­нии всего маршрута движения. Однако получение таких пространствен­ных характеристик для множества движущихся автомобилей является сложным, так как требует непрерывной автоматической записи скоро­сти на каждом из них. В практике организации движения принято оце­нивать скорость движения транспортных средств мгновенными ее зна­чениями v a , зафиксированными в отдельных типичных сечениях (точ­ках) дороги.

Скорость сообщения v c является измерителем быстроты доставки пассажиров и грузов и определяется как отношение расстояния между пунктами сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для ха­рактеристики скорости движения автомобилей по отдельным участкам дорог.

Темп движения является показателем, обратным скорости сообще­ния, и измеряется временем в секундах, затрачиваемым на преодоле­ние единицы длины пути в километрах. Этот измеритель весьма удобен для расчетов времени доставки пассажиров и грузов на различные рас­стояния. Мгновенная скорость транспортного средства и соответствен­но скорость сообщения зависят от многих факторов и подвержены зна­чительным колебаниям.

Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяго­вых возможностей определяет водитель, являющийся управляющим звеном в системе ВАДС. Водитель постоянно стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости исходя из двух главных крите­риев – минимально возможной затраты времени и обеспечения безо­пасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем ока­зывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения, условия его организации. Так, исследования, проведен­ные в одинаковых дорожных условиях на одном типе автомобилей, по­казали, что средняя скорость движения автомобиля у разных водите­лей высокой квалификации может колебаться в пределах ± 10 % от сред­него значения. У малоопытных водителей эта разница больше.

Рассмотрим влияние параметров транспортных средств и дороги на скорость движения. Верхний предел скорости автомобиля определяет­ся его максимальной конструктивной скоростью v max , которая зависит, главным образом, от удельной мощности двигателя. Максимальная ско­рость v max , км/ч, современных автомобилей колеблется в широких пре­делах в зависимости от их типа и примерно составляет:

Легковые автомобили большого и среднего классов........ 200

То же малого класса 160

Грузовые автомобили средней грузоподъемности............ 100

То же большой грузоподъемности и автопоезда.............. 90

Опыт показывает, что водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью лишь в исключительных случаях и кратковременно, так как это сопряжено с чрезмерно напряженным режимом работы агрегатов автомобиля; кроме того, имеющиеся на дороге даже незначительные подъемы требуют для поддержания стабильной скорости запаса мощ­ности. Поэтому даже при благоприятных дорожных условиях водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью длительного движения или крейсерской скоростью . Крейсерская скорость для большинства авто­мобилей составляет (0,75÷0,85) v max .

Однако реальные дорожные условия вносят существенные поправ­ки в фактический диапазон наблюдаемых скоростей движения. Укло­ны, криволинейные участки и неровности покрытия дороги вызывают снижение скорости как из-за ограниченности динамических свойств автомобилей, так и, главным образом, в связи с необходимостью обес­печения их устойчивости на дороге. Эти объективные факторы особенно сказываются на скорости наиболее быстроходных автомобилей. Как показывают наблюдения, фактический диапазон мгновенных скорос­тей свободного движения автомобилей на горизонтальных участках некоторых магистральных улиц и дорог нашей страны составляет 50 – 120 км/ч, несмотря на установленные Правилами ограничения. Эти цифры не относятся к дорогам, не имеющим надлежащего покрытия или с разрушенным покрытием, где скорость может понизиться до 10 – 15 км/ч.

Существенное влияние на скорость движения оказывают те элемен­ты дорожных условий, которые связаны с особенностями психофизио­логического восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики дорожного движения.

Важнейшими факторами, оказывающими влияние на режимы дви­жения через восприятие водителя, являются расстояние (дальность) ви­димости S В на дороге и ширина полосы В д, т. е. "коридора", выделен­ного для движения автомобилей в один ряд. Под расстоянием видимо­сти понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстоя­ние S B определяет возможность для водителя заблаговременно оцени­вать условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S B над значением остановочного пути S o данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S B > S o .

При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает ско­рость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δv по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие:

Ширина полосы движения, предназначенная для движения авто­мобилей в один ряд и выделенная обычно продольной разметкой, оп­ределяет требования к траектории движения автомобиля. Чем меньше ширина полосы, тем более жесткие требования предъявляются к води­телю и тем больше его психическое напряжение при обеспечении точ­ного положения автомобиля на дороге. При малой ширине полосы, а также при встречном разъезде на узкой дороге водитель под воздействи­ем зрительного восприятия снижает скорость.

На основании исследований на дорогах профессором Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги,

,

(2.1)

где b а – ширина автомобиля, м; 0,3 – дополнительный зазор, м.

По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля по­казатель В д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движе­ния со скоростью v a водитель должен располагать примерно таким сво­бодным "коридором" движения. В этой зависимости можно еще раз проследить связи компонентов комплекса ВАДС в дорожном движе­нии. В формуле (2.1) В д представляет собой элемент дороги (Д), b а – характеристику автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и ходовые свойства автомо­биля (подсистему ВА).

Согласно приведенной зависимости, скорость, с которой водитель средней квалификации длительно и уверенно может вести автомобиль, ориентировочно составляет: при управлении легковым автомобилем и ширине полосы 3 м около 65 км/ч, а при ширине полосы 3,5 м около 90 км/ч; при управлении автомобилем с габаритной шириной 2,5 м и ширине полосы 3,5 м около 50 км/ч.

Однако это не исключает того, что некоторые водители не могут достаточно точно и своевременно оценить изменение расстояния ви­димости или ширины полосы движения и правильно выбрать скорость. Поэтому в условиях ограниченной видимости и малой ширины поло­сы движения более часто происходят ДТП.

На основе исследований НИиПИ Генплана г. Москвы были разра­ботаны рекомендации желательных значений ширины полосы движе­ния на прямолинейных участках городских дорог (табл. 2.3)

На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влия­ние также и другие причины и особенно существенные – метеороло­гические условия, а в темное время суток – освещение дороги. Таким образом, скорость свободного движения является случайной величи­ной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близ­ким к нему (рис. 2.5).

Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными качествами, а также и ха­рактеристикой водителей.

Таблица 2.3

Влияние рассмотренных факторов на скорость движения проявля­ется в условиях свободного движения транспортных средств, т. е. когда интенсивность и плотность движения относительно невелики и не ощу­щается взаимное стеснение движения. При повышении плотности транспортного потока возникает стеснение движения, и скорость па­дает. Влияние интенсивности движения транспортного потока на ско­рость автомобилей исследовалось многими зарубежными и отечествен­ными учеными. Выведены различные корреляционные уравнения этой зависимости, которые имеют общий вид:

,

где v ac – скорость свободного движения автомобиля на данном участке доро­ги, км/ч; k – корреляционный коэффициент снижения скорости движения в зависимости от интенсивности транспортного потока.

Более подробно взаимосвязь основных параметров движения рас­сматривается в подразделе 2.3.

Задержки движения являются показателем, на который должно быть обращено особое внимание при оценке состояния дорожного движения. К задержкам следует относить потери времени на все вы­нужденные остановки транспортных средств не только перед пере­крестками, железнодорожными переездами, при заторах на перего­нах, но также из-за снижения скорости транспортного потока по сравнению со сложившейся средней скоростью свободного движе­ния на данном участке дороги.

,

где v ф и v p – соответственно фактическая и принятая расчетная (или опти­мальная) скорости, м/с; dl – элементарный отрезок дороги, м.

В качестве расчетной скорости для городской магистрали можно принять разрешенный Правилами дорожного движения Российской Федерации предел скорости (например, 60 км/ч). Исходными для оп­ределения задержки могут быть приняты нормативная скорость сооб­щения или нормативный темп движения для данного типа дороги, если таковые будут установлены. Так, если на дороге v p = 60 км/ч, что соот­ветствует темпу движения без задержек 60 с/км, а установленная опытной проверкой v ф = 30 км/ч (темп движения – 120 с/км), то поте­ри времени каждым автомобилем в потоке – 60 с/км. Если длина l рас­сматриваемого участка магистрали равна, например, 5 км, условная задержка каждого автомобиля составит 5 мин.

Общие потери времени для транспортного потока

,

где t Δ – средняя суммарная задержка одного автомобиля, с; Т – продолжи­тельность наблюдения, ч.

Задержки транспортных средств на отдельных узлах или участках УДС могут быть также оценены коэффициентом задержки К 3 , характеризую­щим степень увеличения фактического времени нахождения в пути t ф по сравнению с расчетным t р. Коэффициент задержки K 3 = t ф / t p . Задержки движения в реальных условиях можно разделить на две основные груп­пы: на перегонах дорог и на пересечениях. Задержки на перегонах могут быть вызваны маневрирующими или медленно движущимися транспор­тными средствами, пешеходным движением, помехами от стоящих ав­томобилей, в том числе при погрузочно-разгрузочных операциях, а так­же заторами, связанными с перенасыщением дороги транспортными средствами.

Задержки на пересечениях обусловлены необходимостью пропуска транспортных средств и пешеходов по пересекающим направлениям на нерегулируемых перекрестках, простоями при запрещающих сигна­лах светофоров.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Организация дорожного движения

На сайте сайт читайте: "организация дорожного движения"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

[Введите текст]

Введение

Безопасность дорожного движения и эффективность автомобильных перевозок в значительной мере определяются качеством организации дорожного движения, в основу которой входит управление транспортными и пешеходными потоками. Незнание природы их характера ограничивает возможности планирования рациональных мероприятий по организации дорожного движения, их оптимизации и оперативной коррекции в соответствии с изменившимися условиями.

В крупных городах данная проблема приобретает особую остроту. Ситуация усложняется такими тенденциями, как постоянно возрастающая мобильность населения, уменьшение перевозок общественным транспортом и увеличение перевозок личным транспортом, нарастающий разрыв между увеличением количества автомобилей и протяжённостью улично-дорожной сети (УДС), не рассчитанной на современные транспортные потоки (ТП).

Для поиска эффективных стратегий управления ТП в мегаполисе, оптимальных решений по проектированию улично-дорожной сети и организации дорожного движения необходимо учитывать широкий спектр характеристик транспортного потока, закономерности влияния внешних и внутренних факторов на динамические характеристики смешанного ТП. Применение методов управления и создание адекватной модели ТП является актуальной задачей в процессе организации и управления дорожным движением.

Транспортный поток

Движение транспортных средств (ТС) по УДС определяется поведением, как одного, так и коллектива водителей. Отдельный водитель, пытаясь достичь собственного оптимального решения, вступает в конфликт с другими, которые взаимодействуют с ним посредством обгонов, перестроения, смены полосы движения и т.д. Такая модель рассматривается в рамках микроскопического подхода. Маневры каждого автомобиля могут быть расценены как вероятностные события.

Однако, в случаях, когда много автомобилей движется в группе, ТП может быть рассмотрен как детерминированный и непрерывный. Применение микроскопических моделей (как и любое увеличение степени детализации описания) влечет за собой увеличение точности описания и числа параметров. Таким образом, с одной стороны, при увеличении степени детализации описания объекта растёт точность модели, а с другой - рост параметров ведёт к уменьшению её точности. При решении многомерных оптимизационных задач управления возрастают ресурсные затраты (время и память), затрудняющие получение приемлемого решения.

Основные характеристики и диаграмма транспортного потока

Различают следующие важные характеристики транспортного потока:

интенсивность транспортного потока, ;

плотность транспортного потока, ;

средняя скорость потока, .

Эти параметры связаны следующим основным уравнением:

Различают два вида средней скорости транспортного потока: среднюю пространственную скорость и среднюю временную скорость, которые связаны следующим соотношением, выведенным для случая движения по дороге без пересечений:

где - дисперсия средней пространственной скорости;

Средняя пространственная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, находящихся на заданном участке дороги в определенный момент времени;

Средняя временная скорость, т.е. средняя скорость n автомобилей, проходящих через заданное сечение дороги за определенный промежуток времени.

Графическое отображение уравнения (1.1), в котором в качестве значения скорости используется, представляет собой основную диаграмму транспортного потока (рис. 1.1). Диаграмма построена в виде зависимостей vs=f(I) и I=f(k) для непрерывного ТП, движущегося по дороге без пересечений.

Выделено три основных режима движения: свободный поток, групповое движение и насыщенный поток.

Свободный поток характеризуется малыми интенсивностями движения, отсутствием взаимных помех движению между отдельными автомобилями. Скорость ТП характеризуется скоростью свободного движения. При небольшой плотности зависимость между скоростью и плотностью ослабляется. С повышением интенсивности движения до максимального значения Iс, соответствующего пропускной способности дороги, скорость изменяется до величины, определяемой точкой C на основной диаграмме. В зоне В-С (рис. 1.1. а) появляются существенные взаимные помехи движению автомобилей, в результате чего уменьшается возможность свободного обгона, и образуются группы автомобилей, движущиеся с приблизительно одинаковой скоростью. Режим движения в этой зоне является неустойчивым, поскольку небольшое увеличение групп в потоке может привести не только к уменьшению скорости, но и к переходу в область С-D, т.е. к снижению интенсивности движения. Поток в области D-Е принято называть насыщенным.

Характерной чертой насыщенного коллективного потока является сильный разброс величины ускорений (замедлений) относительно среднего значения.

Рисунок 1. - Основная диаграмма транспортного потока: а) зависимость vs =f(I); б) зависимость I=f(k).

Критическая плотность потока kc - это значение, до которого с увеличением плотности k возрастает интенсивность I. При изменении плотности потока от kc до kJ - плотности потока в условиях затора - интенсивность уменьшается от максимального значения пропускной способности Ic до нуля. Скорость кинематической волны при заторовой плотности определяется функциональной формой зависимости между скоростью и плотностью. В области критической плотности может существовать точка разрыва функции, что приводит к скачкообразному изменению скорости движения. Тангенс угла наклона вектора, проведенного из начала координат к точке, лежащей на кривой, соответствует физическому значению скорости vs в данной точке (рис. 1 б).

Классификация фаз движения ТП основана на различных фазах состояния вещества: газообразное, жидкое, твердое.

Свободный поток. Транспортная сеть не загружена, и водители придерживаются желаемой скорости, свободно меняя полосу движения. На этой стадии ТС сопоставимы с потоком свободных частиц.

Синхронизированный поток. Транспортная сеть становится переполненной, водители теряют возможность свободного манёвра и вынуждены согласовывать свою скорость со скоростью потока. Эта стадия подобна потоку воды.

Широкие перемещающиеся заторы. Транспортные средства и их группы подобны кусочкам льда, движущимся в потоке жидкости.

Старт-стопное движение. При большом скоплении транспортных средств, движение ТП приобретает прерывистый характер. На этой стадии транспортный поток можно уподобить потоку замерзающей воды: транспортные средства становятся на какой-то промежуток времени как бы «примёрзшими» к данной точке улично-дорожной сети.

Механизм образования затора

Транспортный затор - это скопление на дороге транспортных средств, движущихся со средней скоростью, значительно меньшей, чем нормальная скорость для данного участка дороги. При образовании затора значительно (до 20 раз и более) снижается пропускная способность участка дороги. Если прибывающий поток транспорта превышает пропускную способность участка дороги, затор растёт лавинообразно. Дорожные заторы появляются по всему миру как результат увеличивающейся автомобилизации, урбанизации, а также как роста населения, так и увеличивающейся плотности заселения территории. Дорожные заторы уменьшают эффективность дорожно-транспортной инфраструктуры, увеличивая таким образом время в пути, расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.

В условиях затора резко возрастает вероятность дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Ограничение и регулирование интенсивности движения может влиять на количество ДТП.

Рассмотрим механизм образования затора (рис. 2). Пусть на рассматриваемом перегоне длиной находится очередь из единиц транспорта, ожидающих права проезда через перекресток, и работа этого перекрестка обеспечивает пропуск потока от к, т. е. (пропускная способность перекрёстка больше, чем интенсивность прибывающего на негоТП).

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Рисунок 2 - Схема образования затора

Если длина дороги, занимаемая очередью на перегоне, не больше длины перегона, т. е. если то работа перекрестка протекает нормально. Однако, незначительное увеличение интенсивности транспортного потока, либо сбой работы светофорной сигнализации перекрёстка могут привести к ситуации, когда, т. е. когда очередь автомобилей, ожидающих права проезда через перекрёсток, не умещается на перегоне (i, j) и скапливается в зоне перекрёстка. Это немедленно ведет к нарушению нормального функционирования перекрёстка, на конфликтующих направлениях которого накапливается очередь ТС. Возникает положительная обратная связь по потоку, и затор лавинообразно распространяется на участок сети.

Заторы подразделяются на случайные и систематические, т. е. такие, которые характеризуются периодичностью во времени и устойчивостью в пространстве. Наиболее существенными и определяющими являются заторы, обусловленные пропуском ТС по пересекающимся направлениям, и составляют 75% общей задержки времени в сети.

Часто целью задачи управления при заторах на изолированном перекрёстке считается минимизация задержки ТС за интервал времени существования затора. Установлено, что весь интервал целесообразно разделить на два подынтервала, в каждом из которых управляющие воздействия различны. Оптимальность регулирования движения достигается путём использования циклов и фаз светофорного регулирования разной длительности.

Неустойчивость ТП в области пропускной способности и распространение возмущений в ТП приводят к разрывам в значениях его характеристик. Теоретическое и экспериментальное изучение многими исследователями механизма резкого изменения скорости позволило установить, что при приближении к уровню пропускной способности, увеличивается вероятность резкого снижения интенсивности и скорости движения. При обработке экспериментальных данных об изменении характеристик транспортных потоков в точке kc фиксируется «прыжок» скорости от верхней границы к нижней (рис. 1.3), при этом вероятность резкого падения характеристик ТП возрастает от 10% при интенсивности движения, составляющей 0.75 от максимальной, до 90% при уровне пропускной способности.

Первые предположения о возможности возникновения разрывов в зависимостях между интенсивностью, плотностью и скоростью высказаны Л. Эдаем в 1961 г. Для описания разрывов используются макромодели, имеющие разрыв в точке kc: одна модель - для низкой плотности, другая - для высокой.

Набольшее применение нашли следующие типы разрывных макромоделей:

Флуктуация количества ТС приводит к неустойчивости процесса движения в зоне пропускной способности и возникновению точки бифуркации. В этой связи основным направлением реализации полученных знаний выбрана теория катастроф. Переход от моделей теории катастроф к моделям дорожного движения состоит в изучении потерь устойчивости, определении факторов, влияющих на скачкообразное изменение параметров, интерпретации параметров катастрофы, построение и исследование модели.

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Рисунок 3 - Разрывная диаграмма транспортного потока

Управление транспортными потоками

Управление ТП является типичной проблемой, в которой, с одной стороны, выступают присущая ей параллельность, динамика, децентрализация и недетерминизм, а с другой - широта спектра приложений, для которых она является ключевой. Разработка и исследование эффективности различных методов управления ТП требует знания закономерностей поведения ТП на улично-дорожной сети города - интенсивности движения ТП, плотности ТП, распределения интервалов между транспортными средствами в потоке в заданном сечении, времени проезда по некоторому перегону УДС, транспортных задержек и др.

Задачи управления ТП можно решать в рамках функционирования систем управления транспортной инфраструктурой: интеллектуальных транспортных систем (ИТС). Системный подход к решению задач управления транспортной инфраструктурой большого города обеспечивается разработкой и использованием ИТС.

Виды управления транспортными потоками

Методы автоматизированного управления транспортными потоками посредством светофорной сигнализации (светофорного регулирования) на городских УДС допускают классификацию по пространственному и временному критериям.

По пространственному критерию все алгоритмы светофорного регулирования делятся на локальные и координированные.

Алгоритм светофорного регулирования является локальным, если для определения параметров регулирования на перекрёстке используется только информация о ТП на подходах к этому перекрёстку и в зоне перекрёстка.

Перекрёсток это место пересечения, примыкания или разветвления дорог на одном уровне, ограниченное воображаемыми линиями, соединяющими соответственно противоположные, наиболее удаленные от центра перекрёстка начала закруглений проезжих частей. [ПДД

Различают следующие виды перекрёстков:

равнозначные

неравнозначные

регулируемые (управляемые)

нерегулируемые (неуправляемые)

перекрёстки с круговым движением

Локальный алгоритм управления предусматривает использование информации, полученной как непосредственно на стоп-линиях, так и на отдаленных подходах к перекрёстку (200 - 400 м от стоп-линии). Локальные алгоритмы определяют цикл регулирования, последовательность фаз регулирования, их длительности или моменты переключения фаз, параметры промежуточных тактов. Для определения перечисленных параметров используется информация о геометрических характеристиках перекрёстка, интенсивности и составе транспортных потоков на подходах к нему и/или на геометрических направлениях проезда через перекрёсток, наличии и/или отсутствии транспорта и пешеходов в различных зонах перекрёстка (на стоп-линиях, в конфликтных точках).

Особенностью координированных алгоритмов является использование для определения параметров регулирования информации о транспортной ситуации на нескольких перекрёстках, обычно связанных в единую сеть, характеризующуюся значительной интенсивностью движения транспорта между соседними перекрёстками и небольшими (до 600-700 м) расстояниями между ними. Как правило, на координированном уровне определяются циклы регулирования для группы перекрёстков и сдвиги. Для определения этих параметров, помимо данных, необходимых для локального управления, используется информация о топологии сети, взаимосвязях ТП на соседних стоп-линиях и/или на геометрических направлениях проезда через перекрёстки, временах проезда между соседними стоп-линиями. В состав исходной информации, используемой для координированного управления, может входить матрица корреспонденций и данные о маршрутах их реализации.

По временному критерию все алгоритмы светофорного регулирования делятся на методы, реализующие управление дорожным движением по прогнозу и методы, действующие в реальном времени (адаптивные алгоритмы). При этом, к адаптивным методам традиционно относятся и алгоритмы, использующие краткосрочный прогноз транспортной ситуации на ближайшие 3 - 15 мин. Управление по прогнозу (или жёсткое управление) не исключает достаточно частого (до 3-5 раз в суточном цикле) изменения параметров регулирования, однако эти параметры определяются исходя не из текущей транспортной ситуации, а методом её прогноза, основанного на выполненных ранее (за сутки, неделю или более длительный период) наблюдениях. Промежуточное положение между адаптивными и неадаптивными алгоритмами занимают методы, основанные на ситуационном управлении. Методы этой группы предполагают предварительный расчёт параметров регулирования для различных классов транспортных ситуаций и создание библиотеки типовых режимов регулирования. Выбор конкретного режима из библиотеки производится в реальном времени на основании текущей информации о транспортной ситуации и отнесении её к одному из классов транспортных ситуаций.

Таким образом, в зависимости от сочетания перечисленных критериев, каждый метод автоматизированного управления ТП в ИТС можно отнести к одному из следующих классов:

локальные жёсткие алгоритмы управления,

координированные жёсткие алгоритмы управления,

локальные адаптивные алгоритмы управления,

координированные адаптивные алгоритмы управления.

Локальные жёсткие алгоритмы управления

В настоящее время наиболее распространенным является метод локального жёсткого однопрограммного управления светофорной сигнализацией. Данный метод основан на предварительном расчёте длительности цикла регулирования и фаз регулирования. Существуют три подхода к расчёту этих параметров:

расчёт по эвристическим формулам,

метод, основанный на минимизации суммарной задержки транспортных средств при проезде перекрёстка,

метод, основанный на выравнивании загрузки на всех транспортных регулируемых направлениях на перекрёстке.

В качестве исходных данных для расчёта используется информация об интенсивности и составе ТП по направлениям проезда через перекрёсток, информация о количестве полос движения на подходах к перекрёстку и их специализации, а также данные о схеме пофазного регулирования и структуре промежуточных тактов. При расчёте также должны учитываться технологические ограничения, связанные с минимальной и максимальной длительностью фаз. Учёт ограничений на минимальные длительности фаз позволяет обеспечить длительность горения разрешающего сигнала, достаточную для перехода пешеходами проезжей части, проезда зоны перекрёстка трамваями. Учёт ограничений на максимальные длительности фаз позволяет избежать продолжительного горения запрещающего сигнала, ведущего к нарушению правил дорожного движения и снижению безопасности движения. При локальном жёстком однопрограммном регулировании исходные данные, как правило, соответствуют периоду максимальной загрузки перекрёстка.

Управление транспортными потоками в условиях затора

Одной из важнейших функций системы управления дорожным движением ИТС является предотвращение транспортных заторов. По мере своего роста затор не только останавливает движение первоначально вовлеченных в него транспортных потоков, но влияет на потоки на других улицах. Поэтому задачей управления является предупреждение не только возникновения, но и распространения заторов. Проблема управления насыщенными ТП осложняется трудностью локализации заторов в границах их первоначального возникновения.

Затор - особая ситуация на улично-дорожной сети, при которой среднее время задержки D транспортного средства превышает длительность цикла.

Заторы бывают «разовые» (случайные) и систематические (устойчивые). Причиной возникновения разовых заторов являются случайные факторы, например, дорожно-транспортные происшествия, аварийно-восстановительные работы на УДС. Для систематических заторов характерны периодичность во времени и устойчивость в пространстве. Такие заторы возникают на определенных направлениях движения на одних и тех же участках УДС в определенные интервалы времени, чаще всего в часы «пик».

В этой связи задача распознавания, предсказания и ликвидации предзаторовой ситуации, не допуская возникновения затора, является актуальной в управлении транспортными потоками. Решение проецируется на область устранения причин, вызывающих перегрузки «узких» участков УДС, путем перераспределения ТП. Система управления ТП должна своевременно в определенных точках УДС информировать водителей о возможности попадания в затор и рекомендовать какие-либо объездные маршруты следования, позволяющие обойти перегруженный участок сети.

Модель распространения затора

Зоны неустойчивости поведения ТП, существующие в области пропускной способности, незатухающие возмущение скорости приводят к разрывам в значениях характеристик ТП. В этих случаях транспортные средства в потоке вынуждены неоднократно трогаться с места и останавливаться. Небольшие изменения интенсивности движения распространяются вдоль потока ТС в виде «кинематических волн», которые могут накладываться друг на друга и вызывать появление «ударных волн», создающих большие перепады скорости в сторону её уменьшения. Ударные волны распространяются против движения и образуются на участках с пониженной пропускной способностью - в «узких» местах.

Будем полагать, что плотности соседних участков и УДС различны, обозначим плотность и скорость движения на участках и соответственно через и, и и. Если - скорость движущейся границы между участками и, то, исходя из закона сохранения, имеем

Решая уравнение относительно, получим

где и - интенсивности движения на участках и соответственно.

Для малых изменений плотности скорость передвижения граничной точки из уравнения (1.4), т. е. .

Для модели Гриншилдса величины и определяют по формулам:

Из уравнения (8) следует, что скорость граничной точки при пренебрежимо малом изменении (или) удовлетворяет условиям:

При распространении ударной волны в ТП часть волны будет двигаться назад - в противоположном направлении движения потока, другая часть волны - вперёд, в направлении потока. При образовании ударной волны происходят резкие изменения плотности вплоть до разрыва, автомобили вынуждены замедлять скорость или останавливаться.

В подтверждение метода, учитывающего наличие разрывов, определены три зоны: зона постоянной скорости, зона постоянной интенсивности и зона постоянного изменения интенсивности в зависимости от плотности. В первой зоне скорость ТС определяется состоянием самой УДС, а интенсивность соответствует предъявляемым к УДС требованиям. Вторая зона представляет собой зону, в которой ожидаются «сбои» в режиме движения: средняя скорость падает, в то время как интенсивность можно поддерживать на высоком уровне. В третьей зоне (старт-стопное движение) скорость и интенсивность падают, что само по себе может являться определением затора.

Затор возникает в том случае, когда в транспортной сети на некоторых перегонах образуются очереди, длина которых оказывается больше длины соответствующих перегонов, т.е. . Поэтому управление в вынужденном режиме движения, в первую очередь, должно быть направлено на создание таких условий движения, при которых удовлетворяются ограничения для всех перегонов УДС.

Рассмотрим УДС, содержащую участков, каждый из которых наделен имманентными свойствами: уникальным номером, интенсивностью и др. Будем считать известными параметры УДС, ТП и алгоритмы работы светофорной сигнализации. Анализ снимков интенсивности позволяет заблаговременно выявить зоны, в которых наблюдаются режимы перенасыщенного движения.

Вне области предполагаемых заторов выделим некоторое количество участков, на которых будет измеряться интенсивность движения с дискретностью. Снимок интенсивностей в момент времени в зоне предполагаемого затора позволяет определить значение интенсивности, которое сложится к моменту времени t на дуге графа УДС:

где и - коэффициенты.

Суммирование ведется по всем участкам УДС, не принадлежащим зоне предполагаемых заторов. Для прогнозирования интенсивностей в областях, подверженных заторам, в системе управления необходимо хранить и периодически обновлять значения коэффициентов и, входящих в уравнение регрессии. По вычисленным значениям и при известных режимах работы светофорных объектов несложно вычислить длины очереди транспортных средств на перегонах в момент времени.

Если при прогнозировании по (10) окажется, что, это будет означать возможность появления затора на перегоне к моменту времени. Транспортную ситуацию, возникшую в момент времени, назовём предзаторовой.

Модель светофорного регулирования

Затор, сконцентрированный в пределах малой зоны, оказывает влияние на другие ТП и, если интенсивность движения превышает пропускную способность, затор распространяется ещё шире. Во избежание подобной катастрофы необходимо рассасывать очереди с целью уменьшения их влияния на другие ТП. Одним из методов рассасывания очередей является распределение ТП путём управления маршрутами движения ТС. Одним из методов борьбы с заторами является управление распределением периодов в цикле, минимизирующее величину интервала существования затора.

Пусть множество транспортных потоков, движущихся по дугам перекрёстка и подходов к нему, прибывает к перекрёстку с интенсивностью по -му направлению движения в течение времени, при этом интенсивность и потоки насыщения соответствуют заторовым. При многофазной работе светофорного объекта, для которого количество фаз регулирования равно, существует множество транспортных потоков, осуществляющих движение во время эффективной разрешающей фазы: , тогда

где - потерянное время -го потока, - ограничительные константы.

Задачу нахождения управляющих параметров: светофорного цикла и фаз, минимизирующих величину интервала существования затора, можно записать как

где Ї интенсивность потока при, при.

Задачу минимизации суммарной длительности задержки транспортных средств на перекрёстке за время существования затора можно решать как:

Решения сформулированных задач находятся численными методами.

Интеллектуальные транспортные системы

Термин «Интеллектуальные транспортные системы» характеризует комплекс интегрированных средств управления транспортной инфраструктурой (УДС, ТСОДД, ТП), применяемых для решения задач организации дорожного движения, на основе современных информационных технологий, организации информационных потоков о функционировании транспортной инфраструктуры в реальном режиме времени. Многоуровневая, сложноорганизованная ИТС представляет собой гибридную систему, состоящую из множества разнородных систем, сложным образом взаимодействующих друг с другом - управляющих, классифицирующих, прогнозирующих, экспертных, принимающих решения или поддерживающих эти процессы, объединенных для достижения единой цели.

Приоритетным направлением развития интеллектуальных транспортных систем является обеспечение безопасности дорожного движения. К функциям ИТС этого вида относятся: прогнозирование опасных ситуаций, выявление заторов и дорожно-транспортных происшествий, разработка планов действий в опасных ситуациях, информирование участников движения о возникновении нештатных ситуаций. Преимуществом ИТС при работе в этих условиях является возможность интеграции всех источников информации.

Задачи интеллектуальных транспортных систем

Классификация задач, решаемых в рамках функционирования транспортной инфраструктуры, позволит определить стратегию и тактику синтеза интеллектуальных транспортных систем.

Задачи мониторинга

Мониторинг транспортных потоков:

мониторинг характеристик ТП (скорость, интенсивность, плотность и др.);

сбор данных об условиях движения с помощью контрольных автомобилей;

управление движением на скоростных дорогах.

Мониторинг характеристик улично-дорожной сети:

паспортизация УДС, многоуровневых транспортных развязок и тоннелей;

паспортизация надземных и подземных пешеходных переходов;

паспортизация железнодорожных переездов;

оценка текущего состояния УДС;

мониторинг аварийно-восстановительных работ на УДС;

Мониторинг технических средств управления движением

реестр дорожных знаков;

реестр светофорных объектов;

реестр дорожной разметки;

магистральное и сетевое управление светофорной сигнализацией;

автоматическая электронная плата за проезд и парковку;

Мониторинг загрязнения окружающей среды

Задачи управления.

Управление транспортными потоками

координированное управление транспортными потоками;

оценка качества функционирования транспортной сети;

управление движением в чрезвычайных ситуациях;

обнаружение дорожно-транспортных происшествий;

мониторинг заторовых ситуаций для оценки динамики их развития;

разработка стратегии управления дорожным движением в условиях заторовой ситуации;

интеграция систем управления дорожным движением;

Управление перевозочным процессом

обеспечение дотранспортной информацией, информирование клиентов о маршрутной сети, планирование поездок;

бронирование транспортных услуг;

оценка спроса на перевозки;

маршрутное ориентирование, on-line мониторинг прохождения маршрута;

выработка стратегии управления в конкретных ситуациях;

оперативное изменение схем организации дорожного движения;

управление приоритетным движением маршрутного транспорта;

маршрутная навигация и предоставление приоритета специальным одиночным и колоннам транспортных средств (ТС);

мониторинг перевозки опасных и крупногабаритных грузов;

оптимизация маршрутной сети;

интеграция систем управления перевозками;

Задачи информационного обеспечения участников движения:

передача информации по каналам связи;

сегментация информационных потоков;

интеграция систем управления базами данных о дорожном движении.

Управление дорожным движением в опасных ситуациях

Схема принятия решений в процессе управления ТП при возникновении опасной ситуации приведена на рис. 1.4.

Примером такой системы является COMPANION (Мюнхен) - система информирования участников движения на скоростных магистралях о потенциально опасных участках на маршруте движения, дорожной обстановке (затор, аварийные работы, дорожно-транспортное происшествие) с помощью специальных световых маяков, установленных на трассе через каждые 50 м.

Система COMPANION способствует предупреждению одиночных и множественных ДТП за счет анализа и идентификации потенциально опасных ситуаций, возникающих во время движения транспортного потока. Источниками информации для принятия системой решения являются цифровые видеокамеры, детекторы тумана, микроволновые транспортные детекторы, устанавливаемые через 250 м.

Рисунок 4 - Управление ТП в опасных ситуациях

Такая насыщенность дороги транспортными детекторами позволяет получить высокую степень разрешения при выявлении резких колебаний характеристик транспортных потоков, что является одним из основных признаков опасной ситуации. Система COMPANION имеет возможность взаимодействия с автомобилями, снабженными GPS-навигаторами, отображая на цифровых картах информацию об опасных участках на маршруте следования, выдавая рекомендации по скоростному режиму и безопасной дистанции.

Автоматизированная система обнаружения дорожно-транспортных происшествий VELEC разработана во Франции и эксплуатируется в Бельгии, Испании, Германии. Система функционирует на основе информации о характеристиках транспортных потоков, поступающей от транспортных детекторов и цифровых видеокамер. При анализе транспортных потоков происходит идентификация автомобилей, движущихся с резкими колебаниями скорости, медленно движущихся и остановившихся автомобилей.

В последние годы значительное развитие получили методы и технические средства контроля за выполнением установленных ограничений скорости движения. В настоящее время только в Нидерландах реализуется более пятидесяти различных программ подобного направления на скоростных магистралях, дорогах общего пользования, УДС городов. Водители получают информацию о регламентируемой скорости движения и автоматизированно ведущемся контроле за соблюдением регламента, осуществляемом различными техническими средствами от мобильных радаров до постоянно работающих цифровых видеокамер.

Приведенные в таблице. 1.1 данные исследований в Австралии и Англии показывают, что эффективность контроля скорости с помощью компонентов интеллектуальных транспортных систем выше по сравнению с типичными методами контроля, связанными с физическим присутствием дорожных полицейских.

Анализ дорожно-транспортных происшествий с участием грузовых автомобилей показывает, что значительная доля аварий происходит в динамически узких местах, на участках с ограничением скорости и запрещением обгона, в зонах дорожных работ.

Таблица 1 - Эффективность контроля скорости с помощью компонентов ИТС

Система предупреждения ДТП разработана на основе технологий интеллектуальных транспортных систем и обеспечивает идентификацию грузовых автомобилей в процессе движения, информационное обеспечение с помощью управляемых дорожных знаков. При идентификации грузовых автомобилей на подходе к этому участку происходит взвешивание автомобиля в движении, определение числа осей и типа автомобиля, его скорости и интервала до впереди идущего транспортного средства. С учётом этой информации и данных о транспортно-эксплуатационных и геометрических характеристиках дороги определяется безопасная скорость для данного типа автомобиля. Это значение скорости с соответствующим пояснением отображается на информационном табло управляемых дорожных знаков.

Компания Siemens разработала систему, позволяющую взаимодействовать бортовому компьютеру автомобиля и светофору, установленному на перекрёстке. В систему заложены контрольные функции и меры по предупреждению участников дорожного движения. В будущем светофор сможет передать бортовому компьютеру машины, приближающейся к перекрёстку, рекомендуемую скорость движения согласно текущей дорожной ситуации, позволяя беспрепятственно проехать на зеленый сигнал или разумно выбрать скоростной режим, когда ожидается включение жёлтого сигнала. В систему заложены функции наблюдения за прилегающей к перекрёстку территорией. Другие системы находятся на этапе испытаний: разработана особая модель - NEUROMONET, где транспортная сеть города представляется в виде нейронной сети: дороги - это связи между нейронами, а транспортные средства - нервные импульсы. Процессы мониторинга и управления дорожной ситуацией на базе этой модели будут использованы для организации движения всего города Магдебурга (Германия).

Автомобильные системы маршрутной навигации

Основные преимущества интеллектуальных транспортных систем - повышение пропускной способности, снижение уровня аварийности и токсичных выбросов, повышение качества функционирования сети реализуются за счёт предоставления каждому участнику движения информации об оптимальных маршрутах. Именно поэтому одним из приоритетных направлений развития ИТС являются динамические системы выбора маршрута движения. Навигационные системы маршрутного ориентирования позволяют учесть персональные потребности каждого участника движения в рамках глобальных целей дорожного движения.

ИТС позволяют реализовать следующие виды маршрутной навигации:

автономное управление маршрутом при использовании водителем бортового компьютера с базой данных о транспортной сети для выбора маршрута движения;

динамическое управление маршрутом при двустороннем обмене информацией между водителем и подсистемой информационного провайдера;

динамическое управление маршрутом с элементами автоматического вождения автомобиля при помощи адаптивного круиз-контроля и других компьютерных бортовых систем.

При расширенной концепции маршрутной навигации кроме предоставления информации об оптимальных маршрутах движения бортовые компьютеры берут на себя дополнительные функции по управлению автомобилем: выбор безопасной дистанции, поддержание желательной скорости, выбор уровня замедления или ускорения в соответствии с относительной скоростью автомобилей, контроль положения автомобиля в поперечном сечении дороги.

Глобальная навигационная система GPS используется для передачи навигационных сигналов на всю территорию земного шара, позволяет определять координаты любого объекта, скорость его движения и точное время. В структуру навигационной системы входят спутники, наземные системы управления (в том числе и ИТС) и пользовательские устройства (рис. 5).

Отечественная альтернатива GPS - глобальная навигационная спутниковая система «ГЛОНАСС» была развернута в начале 90-х гг. Создание «ГЛОНАСС», единой информационной транспортной системы России, единой логистической системы комбинированных перевозок осуществляется в настоящее время по госзаказу с привлечением дополнительных инвестиций ее российских пользователей и зарубежных инвесторов, заинтересованных в транзитных перевозках и совместимости информационной базы логистических систем.

Одной из наиболее известных навигационных систем является автомобильная система CARIN (Car Information and Navigation), разработанная фирмой Philips. Первоначально система работала с электронной картой дорог на компакт-дисках. С началом открытого доступа к GPS-системам CARIN использует результаты спутниковой навигации. Периодичность опроса составляет 3 секунды. Посредством сигналов определяется местоположение автомобиля с точностью от 10 до 25 м. Одновременно на мониторе отображается карта проходимого участка сети, сопровождаемая речевыми указаниями, заранее предупреждая водителя о необходимости изменения направления движения.

Рисунок 5 - Структурная схема бортовых устройств автомобильной навигационной системы

транспортный поток затор навигационный

Моделирование, проведенное в Японии, показало, что ТС, оборудованные для оперативного выбора маршрута, могут сэкономить до 11% времени проезда, для условий Лондона - 6-7% времени проезда. Если 100% всех транспортных средств будет оборудовано такой системой, время проезда сократится на 6%.

В настоящее время подобные навигационные системы устанавливаются на многих моделях грузовых и легковых автомобилей.

Аналитический центр Яндекс.Пробки передаёт информацию о загруженности дорог пользователям и предоставляет следующие возможности:

мониторинг заторов и свободных дорог;

проложение маршрута с учетом заторов для легкового и для пассажирского маршрутного транспорта (рис.1.6). Одновременно с определением маршрута приложение рассчитывает время нахождения в пути и предупреждает о приближении мест смены направления движения.

участие в создании карты заторов и свободных дорог с помощью функции автоматической передачи данных о скорости и направлении движения своего автомобиля.

Рисунок 6 - Маршрут с учётом пробок, проложенный при помощи приложения Яндекс.Пробки

Яндекс.Пробки передают информацию в программу, установленную в навигаторах с возможностью выхода в интернет и в мобильных устройствах со встроенным или внешним GPS-модулем.

Благодаря приложению «Мобильные Яндекс.Карты» и специализированным навигационным программам можно получать информацию о заторах на дорогах в своем мобильном телефоне, для корректировки своего маршрута прямо в пути (рис.1.7).

Явление «Бутылочное горлышко»

На дорогах любого города существуют «узкие» места такие участки дорог, движение на которых замедляется даже при относительно небольшом количестве автомобилей. Они возникают по самым разным причинам - из-за сужения трассы, отсутствия отдельных полос для поворота, сложных перекрёстков, где сливаются несколько потоков машин, неправильной парковки автомобилей вдоль трассы и т.д. В результате, уменьшается количество доступных для движения полос, скорость потока замедляется и возникает затор. Такие места называют «бутылочными горлышками».

Рисунок 7 - Отображение информации о пробках в мобильном приложении «Яндекс.Карты»

Сервис Яндекс.Пробки выявил в дорожной системе Москвы несколько десятков «бутылочных горлышек» с наибольшим перепадом скоростей до и после узкого места (рис.1.8).

Выбраны те места, перед которыми машины не менее получаса движутся медленно (скорость не превышает 10 км/ч) и после которых скорость возрастает более чем в три раза и остаётся высокой на протяжении трёх километров. Таким образом, в список узких мест не попадают магистрали, которые в часы пик равномерно стоят или узкие места, после которых автомобили не успевают разогнаться.

В утренние и вечерние часы пик списки актуальных узких мест различаются. По утрам основной поток машин движется из области в центр, а вечером из центра в область.

Рисунок 8 - Отображение результатов исследования сервиса Яндекс.Пробки по обнаружению явления «бутылочного горлышка»

Исследование развязки Волокамского шоссе с улицами Габричевского и Свободы показали, что потерянное в заторе время составляет 25-30 минут. Это происходит из-за слияния двух потоков автомобилей - с Волоколамского шоссе и улицы Свободы. Автомобили с восьми полос съезжают в три. В общий поток вклиниваются нарушители, проехавшие по трамвайным путям. Осложняет движение остановка общественного транспорта сразу после выезда с улицы Габричевского. Графическое отображение дорожной ситуации на этой развязке приведено на рисунках 9 и 10.

Рисунок 9 - «Бутылочное горлышко» в Москве на пересечении улицы Свободы с Волжским шоссе

Рисунок 10

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение необходимости корректировки существующей модели управления и внедрения новых управляющих воздействий и установки дополнительных технических средств организации дорожного движения. Разработка оптимальной модели управления дорожным движением.

дипломная работа , добавлен 16.05.2013


Характеристика изменений параметров двигателя во времени. Основные уравнения, описывающие динамическую работу регулятора. Математическая модель двигателя внутреннего сгорания. Структурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости ДВС.

курсовая работа , добавлен 23.03.2015


Условия движения на подходах к перекрестку. Программа светофорного регулирования. Схема разрешенных направлений. Часовая интенсивность, состав движения. Назначение числа фаз, расчет элементов светофорного цикла. Длительность элементов светофорного цикла.

контрольная работа , добавлен 09.02.2011


Определение оптимальной продолжительности светофорного цикла, переходных интервалов, задержек транспортных средств на светофоре. Расчет цикла двухфазного регулирования. Математическая модель светофорного регулирования на пересечении городских улиц.

курсовая работа , добавлен 26.12.2016


Способы регулирования скорости транспортных средств с асинхронными двигателями. Понятие и устройство, характеристики системы регулирования трансмиссий переменного тока. Структурная схема силовой цепи. Передачи переменно-переменного и -постоянного тока.

контрольная работа , добавлен 25.07.2013


Система частотной диспетчерской централизации. Структурная схема систем. Характеристика и использование станционной кодовой централизации. Построение сигнала телеуправления в системе "Луч". Структурная схема устройств ТУ центрального и линейного постов.

реферат , добавлен 18.04.2009


Анализ условий и организации движения на объекте улично-дорожной сети, интенсивности и состава транспортного потока. Расчет задержек подвижного состава на перекрестке, выбор типа светофорного регулирования, обоснование эффективности его введения.

курсовая работа , добавлен 27.07.2012


Понятие и виды интеллектуальных транспортных систем. Характеристика продукции компании ITV: авто-интеллект, модуль распознавания автомобильных номеров, модуль контроля характеристик транспортных потоков и радар. Их применение на киевских перекрестках.

курсовая работа , добавлен 21.06.2010


Анализ условий и организации движения на объекте улично-дорожной сети. Интенсивность и состав транспортного потока. Исследование и расчет задержек подвижного состава на перекрестке. Выбор типа светофорного регулирования и длительности его цикла.

курсовая работа , добавлен 05.06.2011


Развитие инфраструктуры внешнего транспорта г. Уфы. Пути решения его проблем. Улично-дорожная сеть. Развитие трамвайной и троллейбусной сети города. Общая характеристика и программно-аппаратный комплекс интеллектуальной транспортной системы региона.