Следуя из разных мест отправления в разные места назначения автомобили образуют на дороге транспортные потоки, движущиеся навстречу друг другу. В каждом транспортном потоке между автомобилями устанавливаются интервалы, размер которых зависит от скорости движения и индивидуальных особенностей водителей, выдерживающих от идущего впереди автомобиля такое расстояние, которое им кажется безопасным. Изменение дорожных условий, отражающихся па скорости, вызывает соответствующее изменение расстояний между автомобилями (уплотнение или растягивание транспортного потока). Различие г, условиях движения, которые кажутся разным водителям оптимальными, приводит к возникновению в каждом транспортном потоке внутренних помех. Происходят обгоны медленных автомобилей более быстрыми. Обгоны связаны с выездом обгоняющих автомобилей на смежные полосы встречного движения, что создает помехи для встречных автомобилей.
Описание закономерностей движения автомобилей по дорогам в последние десятилетия является предметом быстро развивающейся теории транспортных потоков - науки, анализирующей режимы движения транспортных средств в различных дорожных условиях с учетом их динамических качеств состава потока и психофизиологических особенностей водителей.
Условия движения по дороге существенно изменяются с увеличением интенсивности, приходящейся на полосу движения. В зависимости от насыщенности дорог автомобилями различают несколько характерных режимов транспортных потоков.
Свободный поток (рис. 6.1, а).Одиночные автомобили едут но дороге на таком расстоянии друг за другом, что они практически не оказывают взаимного влияния на условия движения. Проезд по дороге неутомителен для водителей, каждый из которых может избрать оптимальную для себя скорость. Из этого случая исходят при обосновании требований к отдельным элементам дорог.
Частично связанный поток (рис. 6.1, б). Движение происходит в виде временно создающихся групп из нескольких автомобилей, отличающихся по динамическим качествам и следующих какое-то время на близком расстоянии друг за другом. Обычно это вызывается тем. Что передний автомобиль, едущий с меньшей скоростью, задерживает задние. Водители их вынуждены ехать медленнее, чем хотелось бы, ожидая удобного момента для совершения обгона с выездом на соседнюю полосу, после чего получают возможность продолжать движение с режимом одиночного автомобиля. Если движение на одинаковом расстоянии, близком друг от друга, с одинаковыми скоростями предписано группе водителей, едущих в одно место, то это случай организованного колонного движения.
Связанный поток (рис. 6.1, в). Все автомобили оказывают взаимное влияние. Сразу после обгона скорость обогнавшего автомобиля начинает вновь определяться движением едущего перед ним автомобиля. Движение происходит в виде больших групп автомобилей. Обгон осуществляется с тем большей трудностью, чем выше интенсивность движения.
Плотный, или насыщенный, поток (рис. 6.1, г). Автомобили следуют друг за другом, обгоны становятся практически невозможными. В местах резкого ухудшения дорожных условий возможны заторы.
По мере усложнения условий движения при росте интенсивности средние скорости транспортного потока снижаются (рис. 6.2), подчиняясь для дорог с двумя полосами движения при смешанном составе транспортного потока эмпирической зависимости, достаточно точно аппроксимирующей экспериментальные кривые
V ср = V о - , (6.1)
где Vо - скорость одиночного автомобиля при отсутствии помех, зависящая от дорожных условий, км/ч;
Коэффициент снижения скорости, который зависит от состава движения; N - суммарная интенсивность движения в обоих направлениях, авт/ч.
По данным д-ра техн. наук В. В. Сильянова, для дорожных условий СНГ = 0,016 при 20 % легковых автомобилей в составе транспортного потока, 0,012 при 50 % и 0,008 при 80 % легковых автомобилей. Для полностью однородного потока легковых автомобилей можно полагать = 0,005.
Поскольку условия движения автомобилей для каждого из рассмотренных режимов различны, они описываются различными закономерностями теории транспортных потоков.
6.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ
АВТОМОБИЛЕЙ
Движение по дороге потока автомобилей представляет собой своеобразный неустановившийся процесс, в котором взаимное расположение и скорости автомобилей все время меняются. Поэтому режим движения потока может быть охарактеризован только средними статистическими показателями.
Измерения на каком-либо участке дороги скоростей движения последовательно проходящих автомобилей показывают, что они меняются в сравнительно широком интервале, но для основной массы автомобилей располагаются вблизи некоторого среднего значения. Чем плотнее транспортный поток, тем меньше в нем различия в скоростях отдельных автомобилей. При интенсивности, соответствующей частично связанному транспортному потоку, кривые распределения числа автомобилей по скорости имеют колоколообразное очертание, характерное для нормальной кривой распределения (рис.6.3,а).
При свободном потоке движения кривые распределения скоростей для потока в целом являются суммой кривых для отдельных составляющих его групп, отличающихся по динамическим качествам, и могут иметь несколько вершин (рис. 6.4),
Скорости и режимы движения транспортных потоков характеризуют также кумулятивными кривыми, показывающими, какая доля автомобилей из общего количества движется со скоростями, меньшими заданной (см. рис. 6.3, б). Нижняя часть кривой примерно до 15 % - ной обеспеченности показывает, с какой скоростью движутся наиболее медленные автомобили, вызывающие основную потребность в обгонах. Обеспеченность 50 % выражает среднюю скорость потока. Ее принимают за основную характеристику режима движения транспортного потока. Изгиб верхней части кривой Г примерно от 80 - 90 % - ной обеспеченности выделяет наиболее быструю группу автомобилей, в число которых входят и автомобили, водители которых нарушают требования безопасности движения. Поэтому за наибольшую скорость движения автомобилей, для которой должна быть обеспечена безопасность, принимают обычно скорость 85 % - ной обеспеченности. Из нее исходят при разработке мер по организации движения.
Для проектирования пересечений и примыканий дорог, а также разработки мероприятий по организации движения имеет значение интервал во времени между проходами следующих друг за другом автомобилей. При высоких интенсивностях (до 650 авт/ч по одной полосе) распределение интервалов близко к распределению Пирсона III типа, при малых (до 200 авт/ч) - к распределению Пуассона (рис. 6.5).
Важной характеристикой является также плотность транспортного потока - количество автомобилей, приходящееся при данной средней скорости на единицу длины однородного по транспортным качествам участка дороги обычно протяжением 1 км:
р = 1/S = N/V, где
S - длина участка на дороге, приходящаяся па один автомобиль, км; N- интенсивность движения, авт/ч; V- скорость движения, км/ч.
График зависимости между плотностью транспортного потока и его интенсивностью (рис. 6.6) имеет явно выраженный максимум, соответствующий наибольшему количеству автомобилей, которое может пропустить дорога на данном участке при наиболее выгодной скорости движения.
Характерно, что одной интенсивности движения, кроме точки максимума, соответствуют два значения плотности транспортного потока. В одном случае поток состоит из быстрых автомобилей с большими дистанциями между ними, в другом - из более медленных автомобилей, следующих на меньших расстояниях друг от друга.
Сложность процессов, протекающих в движущемся потоке автомобилей, и влияние на скорость каждого из них большого числа факторов не позволяют описать режимы движения потока точными математическими зависимостями. Поэтому высказанные в разное время гипотезы теории движения транспортных потоков исходят из рассмотрения упрощенных, часто умозрительных и не подтвержденных наблюдениями схем (моделей). Их можно разделить на две основные группы:
- теории, основанные на динамических моделях потока автомобилей . Они исследуют расстояния при различных скоростях между автомобилями, движущимися друг за другом без обгона по одной полосе проезжей части, и распространяют установленные закономерности на весь транспортный поток. Эта схема лучше всего соответствует высоким интенсивностям движения, когда обгоны практически невозможны или сопряжены с весьма большим риском;
- теории, основанные на вероятностных моделях . Они анализируют движение двух встречных потоков автомобилей в целом, учитывая возможность обгонов с заездом на полосу встречного движения при наличии во встречном потоке достаточного интервала между автомобилями.
Из динамических моделей при обосновании требований к дорогам пока еще наибольшее распространение имеет «упрощенная динамическая модель», которая предполагает, что движение всех автомобилей происходит с равными скоростями и на одинаковом расстоянии друг от друга, зависящем от длины тормозного пути.
Несколько более совершенна динамическая теория «следования за лидером». Она предполагает, что в пределах транспортного потока расстояния между автомобилями не являются постоянными и все время меняются. В каждой паре автомобилей задний движется с ускорением, пропорциональным разности скоростей переднего и заднего автомобилей:
где V п и V з - скорости переднего и заднего автомобилей;
t p - время реакции водителя.
Так как задний автомобиль, в свою очередь, является передним для следующего за ним, его ускорение или притормаживание отражается на следующем автомобиле и в транспортном потоке все время возникают своеобразные волны сгущения и разуплотнения.
Возможность проведения аналогии между движением транспортного потока и течением по руслу вязкой жидкости привела к появлению «гидродинамической модели», позволяющей исследовать скорость сжатия и растягивания транспортных потоков при возникновении и последующем удалении препятствия на пути потока автомобилей, движущегося с постоянной скоростью.
Для расчетов, связанных с организацией движения, наиболее широкое распространение, очевидно, получат вероятностные модели, учитывающие возможность обгона, поскольку они точнее учитывают реальные условия движения по дороге. Однако разработаны они пока еще в меньшей степени, чем динамические теории. Вероятностные модели рассматривают характеристики режима каждого автомобиля в потоке - скорость, выдерживаемый интервал и выходы на обгон как случайные события, возникновение каждого из которых в малой степени связано с предшествующими. Для оценки этих характеристик весьма перспективно использование теории массового обслуживания.
Основной областью применения вероятностных моделей являются задачи, в которых решаются вопросы взаимодействия потоков автомобилей средней интенсивности, движущихся по различным полосам, например по пересечениям в одном уровне, участкам слияния и переплетения, в условиях, когда еще возможны обгоны.
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.
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
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,
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.
Транспортные потоки - это часть материальных потоков между производителями и потребителями. Они характеризуются объемом, направлением и дальностью. Мощность потока измеряется объемом груза, транспортируемым в единицу времени.
Динамической характеристикой потока служит коэффициент неравномерности - отношение максимального объема перевозок к среднему объему за рассматриваемый период.
Пробеги грузов обычно характеризуются средней дальностью перевозок, которая определяется как частное от деления грузооборота (т км) на объем отправления (т).
Отношение объема перевозок продукции к размерам ее производства называется коэффициентом перевозимости. Определяется применительно к транспортной системе в целом.
В качестве параметров регулирования транспортных потоков выступают: скорость перемещений и скорость доставки грузов, масса отправки, интервал отправления грузов.
Используемый транспорт для перемещения товаров
Транспортные средства служат для обеспечения материальных потоков между производителями и потребителями. Выступают в качестве катализатора экономики, обеспечивая высокий уровень ее активности.
Транспорт использует четыре основных компонента: пути, терминалы, подвижный состав и тяговые средства.
Путь представляет собой среду, по которой происходит движение. Пути бывают естественные (моря, реки, воздушное пространство) и искусственные (автомобильные и железные дороги, каналы и т.д.).
Терминал - это пункт, где кончается одна транспортная сеть и начинается другая. Терминал выполняет три функции: обеспечивает доступ к подвижному составу; обеспечивает легкую смену подвижного состава, работающего на данном пути; облегчает объединение (разъединение) потоков.
Тяговые средства приводят в движение подвижной состав.
В транспортной логистике объектом управления является подвижной состав, находящийся в каждый данный момент времени в состоянии абсолютного или относительного перемещения.
Различают следующие виды транспортных средств: железнодорожный, автомобильный, морской, речной, воздушный, трубопроводный, внутризаводской, внутрицеховый.
Железнодорожный транспорт - самый крупный грузоперевозчик страны. На его долю приходится более одной трети всего грузооборота страны. Железнодорожные перевозки наиболее рентабельны для таких грузов, которые можно перевозить в вагонах навалом (уголь, руда, песок, сельскохозяйственная и лесная продукция). Рентабельно перевозить автомобили и прицепы на специальных платформах. Железные дороги могут предоставлять и такие услуги как переадресование уже отгруженных товаров в другой пункт назначения прямо на маршруте, обработка товаров в ходе перевозки.
Автомобильный транспорт осуществляет в городах и между ними на небольших расстояниях основную массу грузовых перевозок. С помощью автомобильного транспорта груз может доставляться “от двери до двери” с необходимой степенью срочности, обеспечивается регулярность поставки. Основными недостатками этого вида транспорта являются: сравнительно высокая себестоимость перевозок, плата за которые взимается по максимальной грузоподъемности автомобиля; срочность разгрузки; возможность хищения груза и угона автотранспорта; сравнительно малая грузоподъемность.
Морской транспорт - самый крупный перевозчик в международных перевозках. Основные преимущества - низкие грузовые тарифы и высокая провозная способность. К недостаткам относят его низкую скорость, жесткие требования к упаковке и креплению грузов, малую частоту отправок.
Речным транспортом по внутренним водным путям перевозится значительное количество товаров в навигационный период. Особенно это актуально для мест назначения, куда не проложены железнодорожные пути из-за специфических климатических условий и для тех, которые расположены на берегах крупных рек. Стоимость перевозки по воде громоздких не скоропортящихся товаров невысокой стоимости (песок, уголь, зерно, нефть, руда) невелика по сравнению с железнодорожными перевозками. Недостатки заключаются в том, что водный транспорт самый тихоходный и подвержен влиянию климатических условий.
Воздушный транспорт имеет высокую скорость и может обслуживать отдаленные, недоступные для других видов транспорта районы. К недостаткам относят высокие грузовые тарифы и зависимость от метеоусловий, которые снижают надежность соблюдения графика поставки.
Трубопроводы служат для транспортировки нефти и химических продуктов от мест их происхождения к рынкам. Транспортировка по нефте- и газопроводам обходится дешевле, чем по железной дороге, и несколько дороже, чем водным путем.
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 - это совокупность транспортных средств, движущихся по проезжей части дороги.
Наиболее востребованными и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность, скорость движения, плотность потока, его состав по типам транспортных средств.
Интенсивность движения N a - число ТС проходящих через сечение дороги за 1 времени.
Определение интенсивности движения составляет основу оценки состояния транспортного потока.
Интенсивность движения является главным показателем при определении уровня загруженности различных дорог.
При изучении интенсивности движения определяют такой параметр, как неравномерность транспортного потока - его распределение по времени и направлениям.
Интенсивность движения меняется по времени суток, дням недели и месяцам года.
При расчетах обычно пользуются данными об интенсивности движения в часы пик и среднесуточной интенсивности движения за год.
Плотность транспортного потока является пространственной характеристикой, определяющей степень стесненности движения на полосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящихся на 1 км протяженности дороги.
Предельная плотность транспортного потока достигается при неподвижном состоянии колонны транспортных средств, расположенных вплотную друг к другу на полосе.
Предельное значение плотности транспортного потока q m ах составляет 170 - 200 авт./км в зависимости от состава транспортного потока.
При разных значениях плотности движения могут складываться разные уровни эксплуатационных условий по степени стесненности. В зависимости от плотности транспортного потока движение по степени стесненности подразделяют на свободное , частично связанное , насыщенное и колонное .
Скорость движения υ a является важнейшим показателем транспортного потока,
так как цель всех мероприятий по организации дорожного движения - обеспечение скорости транспортного потока, наиболее приближенной к максимально возможной из условий безопасности дорожного движения.
В практике организации дорожного движения в зависимости от методов измерения и расчета рассматривают:
мгновенную скорость движения υ a - скорость, фиксируемую в отдельных типичных сечениях (точках) дороги. Именно мгновенная скорость движения в значительной степени влияет на безопасность движения, поскольку определяет кинетическую энергию автомобиля, т. е. его тормозной путь и время, которое имеется у водителя для оценки опасной ситуации;
максимальную скорость движения υ м - наибольшую мгновенную скорость движения, которую может развить транспортное средство. Для дорожного движения большое значение имеет максимальная скорость движения транспортного средства, которая ниже разрешенной. Такие транспортные средства становятся препятствием для нормального движения транспортного потока;
крейсерскую скорость движения υ к - скорость, с которой водитель стремится ехать в данных условиях. Если транспортный поток движется более медленно или более быстро, водитель испытывает дискомфорт. В зависимости от типа личности водитель быстрее ощущает усталость, становится невнимательным или раздражительным;
скорость сообщения υ с - скорость, которая является измерителем времени доставки пассажиров и грузов. Скорость сообщения определяется как отношение расстояния между точками сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для характеристики скорости движения по отдельным участкам дорог.
