Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Сравнительный анализ современных методов учета дорожного движения и задачи исследования 8
1.1. Учет движения - важнейший фактор организации дорожного движения 8
1.2. Анализ работ, посвященных исследованиям закономерностей транспортных потоков в зоне учета. 16
Глава 2. Исследование закономерностей движения транспортных потоков, обусловливающих достоверность учета движения 32
2.1. Анализ характеристик транспортного потока в зоне учета 32
2.2. Исследование закона распределения временных интервалов между транспортными средствами в изменяющихся условиях движения . 39
2.3. Исследование закона распределения временных интервалов появления транспортных средств встречных потоков в зоне учета 54
2.4. Определение вероятности появления маневра-обгон и встречи в зоне учета 65
2.5. Определение оптимального количества замеров при оценке средней скорости движения транспортного потока 75
Глава 3. Теоретические исследования характеристик учета движения на автомобильных дорогах 83
3.1. Исследование характеристик движения в зоне учета на двухполосных автомобильных дорогах 83
3.2. Исследование характеристик движения в зоне учетана многополосных автомобильных дорогах 95
3.3. Методика статистических исследований 108
Глава 4. Экспериментальные исследования и практические рекомендации по организации учета дорожного движения 120
4.1. Методы и средства для учета дорожного движения.. 120
4.2. Экспериментальные исследования на автомобильных дорогах и разработка рекомендаций по выбору структуры учета данных 134
4.3. Рекомендации по выбору зоны учета при непрерывной оценке превышения разрешенной скорости движения транспортных средств 162
Заключение 178
Литература 180
Приложение 193
- Анализ работ, посвященных исследованиям закономерностей транспортных потоков в зоне учета.
- Исследование закона распределения временных интервалов между транспортными средствами в изменяющихся условиях движения
- Исследование характеристик движения в зоне учетана многополосных автомобильных дорогах
- Экспериментальные исследования на автомобильных дорогах и разработка рекомендаций по выбору структуры учета данных
Введение к работе
Перспективы развития автомобилизации в нашей стране вытекают из Решений ХХУІ съезда КПСС, Постановлений ЦК КПСС [1,2]. Из этих программных документов определяются задачи, стоящие перед дорожниками, занимающимися проектированием, строительством и эксплуатацией автомобильных дорог, перед инженерами и научными работниками, занимающимися вопросами организации дорожного движения в городах.
Рост темпов выпуска автомобилей приводит к повышению интенсивности движения и увеличению загрузки дорог, а следовательно, возникает необходимость решить вопросы оптимального планирования развития сети дорог, обеспечения безопасности дорожного движения, защиты окружающей среды.
Увеличение пропускной способности дорожных сетей, повышение средней скорости движения транспортных средств и безопасности движения базируется на достоверных и достаточно полных знаниях о процессах, происходящих на дорожной сети. Эти знания, т.е. поток данных о дорожном движении являются основным показателем качества функционирования областей автомобилизации -проектирования и эксплуатации автомобильных дорог и организации дорожного движения.
Среди первоочередных направлений научных исследований в области влияния дорожных условий и организации движения на
безопасность является также "практическое использование закономерностей движения транспортных потоков", для чего следует "совершенствовать методы учета движения, переходя от выборочных подсчетов, проводимых дорожно-эксплуатационной службой, к непрерывному автоматизированному учету движения. Для этой цели необходима разработка аппаратуры, позволяющей классифицировать автомобили по типам, нагрузке и скоростям движения"
[9].
Стационарные учетные пункты, которыми снабжена часть дорожной сети Советского Союза, обеспечивают определение интенсивности и состава транспортного потока, являющихся ценным материалом для решения целого ряда задач по проектированию и эксплуатации дорог, а также организации дорожного движения. Получение этих и других данных о дорожном движении осуществляется на определенном сечении дороги, т.е. в определенной зоне учета. Зона учета может быть выбрана в каждом направлении или одна на всю проезжую часть двухполосной дороги, а также на каждой полосе, на несколько полос или на всю проезжую часть многополосной дороги.
В свою очередь, возрастающая потребность в максимально эффективном использовании существующих сетей дорог создает необходимость внедрения систем регулирования движения, работа которых не мыслима без информации об объекте - транспортном потоке. Эффективное внедрение таких систем зависит от сложности другой системы - системы получения достоверных данных о дорожном движении.
Предварительный анализ показывает, что, несмотря на существующие разработки, введение глобального и непрерывного
- б -
учета, обеспечивающего получение максимально достоверных данных о дорожном движении, требует разработку научно-обоснованного метода выбора оптимальной зоны учета в зависимости от дорожных и погодно-климатических условий и от интенсивности дорожного движения. Это в свою очередь, требует дальнейшие исследования по установлению зависимостей распределения временных интервалов между транспортными средствами, распределения временных интервалов встречных потоков, а также анализ влияния дорожных и погодно-климатических условий и интенсивности дорожного движения.
Следует также уточнить методику определения оптимального количества измерений скоростных характеристик транспортного потока на автомобильных дорогах с учетом закономерностей движения.
Целью исследования является усовершенствование организации учета дорожного движения на основе исследования закономерностей транспортных потоков.
Для достижения этой цели решены следующие задачи:
получены аналитические выражения плотности и функции распределения временных интервалов между транспортными средствами, которые в отличие от существующих моделей более адекватно описывают процесс движения в широком диапазоне изменения интенсивности движения;
получены аналитические выражения плотности распределения временных интервалов появления транспортных средств встречных потоков в зоне учета, зависящие от распределения временных интервалов в прямом и обратном направлениях с учетом количественного перераспределения интервалов при изменении интенсив-
ности движения встречных потоков;
установлены оптимальные зоны непрерывного учета данных о дорожном движении в зависимости от ширины проезжей части, погодно-климатических условий и интенсивности движения для эффективного проектирования, строительства, эксплуатации автомобильных дорог и организации дорожного движения;
разработан метод определения оптимального количества данных при оценке средней скорости движения транспортного потока с учетом изменения интенсивности движения во времени;
усовершенствованы методы и средства непрерывного учета данных о дорожном движении.
Анализ работ, посвященных исследованиям закономерностей транспортных потоков в зоне учета.
Все характеристики транспортного потока по своей структуре строго определены. Так, например, интенсивность движения выражается как количество транспортных средств за определенный промежуток времени, плотность - как количество транспортных средств на единицу пути и т.д. Однако часто методы и средства, дающие исчерпывающие данные о дорожном движении, являются слишком сложными и экономически невыгодными для массовых исследований или даже неприменимыми, например, в процессе управления в реальном масштабе времени (киносъемка с самолета или вертолета и т.п.). Кроме того, разные средства обладают различной эффективностью работы при использовании на однополосных, двух, трех и многополосных дорогах [55,63].
Достоверность и точность определения таких параметров транс-портных средств и транспортного потока как интенсивность движения, скорость отдельных транспортных средств или транспортного потока, тип транспортных средств, плотность и занятость магистрального участка, пространственные и временные интервалы между транспортными средствами и других, в первую очередь, зависит от достоверности фиксации проезда транспортных средств.
Натурные наблюдения динамики транспортных средств в различных дорожных и погодно-климатических условиях при различных интенсивностях дорожного движения показывают, что при непрерывном учете данных о дорожном движении достоверность характеристик в значительной степени зависит от выбора зоны, в которой производится учет. Выбранная зона учета при непрерывном учете данных о дорожном движении на двухполосных и многополосных автомобильных дорогах может быть различной (рис.1.1). Так, выбор зоны учета одновременно на две и более полосы вносит значительные погрешности учета данных о дорожном движении при увеличении интенсивности движения, связанные с одновременным появлением двух или более транспортных средств в зоне учета. В свою очередь, установка зон учета на каждой полосе движения влечет за собой появление ложных данных при выполнении транспортным средством маневра-обгон и в неблагоприятных дорожных условиях, когда транспортные средства не соблюдают установленные полосы движения.
Частным вопросам определения достоверности непрерывного учета данных о дорожном движении в зависимости от выбора различной установки зоны учета посвящены работы ученых в нашей стране и за рубежом [54,64,69,90].
Так, М.П.Печерским [54] на базе теории случайных импульсных потоков, при рассмотрении п -полосной дороги, приведено выражение для определения средней частоты потока импульсов совпадения на выходе детектора, т.е. потока совпадения транспортных средств над датчиком, каждый из которых не менее [54]:
Полученные в работе [54] результаты при ряде допущений, относящихся к характеристикам транспортного потока и траекториям передвижения транспортных средств, могут дать некоторые показатели относительно достоверности непрерывного учета данных о дорожном движении при выборе определенной зоны учета.
В работе [90] рассмотрен процесс измерения интенсивности движения на двухполосной дороге с использованием одной зоны учета. В предположении, что интенсивности и скорости движения по каждому из направлений являются постоянными величинами, а моменты прибытия транспортных средств в рассматриваемое сечение описываются законом Пуассона, получена теоретическая оценка величины погрешности измерения. Результаты расчетов показывают, что при суммарной интенсивности движения в обоих направлениях 1000 транспортных средств в I час и скорости 32 км/час погрешность составляет 11%.
В данной работе рассмотрен также частный случай - установка одной зоны учета на двухполосной автомобильной дороге. В связи с этим отсутствует сравнительный анализ выбора оптимальной (с точки зрения достоверности данных) зоны учета в зависимости от параметров дороги и характеристик транспортного потока.
В работе L69] также приведены некоторые результаты исследования достоверности учета данных о дорожном движении в зависимости от параметров зоны учета на двухполосных и многополосных автомобильных дорогах. Показано, например, что при установке одной зоны учета на три полосы в одном направлении ошибка ("% пропущенных транспортных средств") может достичь до 50%. Даны некоторые рекомендации по выбору оптимальной зоны учета в зависимости от дорожных условий и интенсивности движения.
Особое внимание в этом направлении заслуживают работы Ю.Й.Санникова. В работе [64] рассмотрены вопросы определения достоверности данных различными средствами регистрации данных о дорожном движении. Выведены формулы для определения вероятности встречи Р% и обгона Ръ , позволяющие вносить необходимую поправку к результатам непрерывного учета данных о дорожном движении. Так, для расчета среднесуточной поправки, учитывающей колебания интенсивности, предложено использовать следующее выражение
Исследование закона распределения временных интервалов между транспортными средствами в изменяющихся условиях движения
Как указывалось в главе I, важным показателем динамики движения и взаимодействия транспортных средств в транспортном потоке является распределение временных интервалов между движущимися друг за другом транспортными средствами.
От адекватности теоретических моделей и реальных интервалов между транспортными средствами во многом зависит надежность практических задач, решаемых с помощью этих моделей.
Приведенные на рис.1.2 плотности вероятностей распределения временных интервалов между транспортными средствами различных вероятностных моделей отличаются значительным разбросом количественных величин, особенно в области малых временных интервалов. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов этих и других известных вероятностных моделей [13,26,НО] при различных интенсивностях дорожного движения дал аналогичные расхождения. При этом распределения временных интервалов для двухполосных и многополосных автомобильных дорог отличаются. Таким образом, целесообразно, исследуя динамику распределения транспортных средств во времени, получить аналитические вьфажения плотности и функции распределения временных интервалов между транспортными средствами, которые в отличие от существующих моделей более адекватно описывают процесс движения в широком диапазоне изменения интенсивности движения.
С точки зрения динамики и взаимодействия транспортных средств в движении целесообразно выделить (рис.2.3): а) транспортные средства, обгоняющие друг друга, т.е. вре менной интервал между которыми t Tmir\ » б) связанный поток; в) частично связанный поток; г) свободный поток.
Временной интервал между транспортными средствами t при этом рассматривается как интервал, образовавшийся при выполнении транспортным средством маневра-обгон в различных его стадиях - частичный выход при обгоне на встречную полосу с интервалом до 0,5 0,8 сек или полный переход на противоположную полосу и образование в зоне учета как бы одного "наложенного" транспортного средства.
К связанным целесообразно отнести все транспортные средства, где впереди идущий оказывает влияние на режим движения следующего за ним транспортного средства. Согласно [109] к связанным относятся все транспортные средства, двигающиеся на двухполосной автомобильной дороге с интервалом времени меньше 5 сек и абсолютной разностью скоростей \лУ\ до 10 км/час. Экспериментальные исследования на двухполосных автомобильных дорогах показывали, что к связанному потоку относятся значительная часть всех транспортных средств независимо от интенсивности движения. Эта часть в какой-то степени определяет "регулярность" потока, степень "регулярности" при этом увеличивается с увеличением интенсивности движения.
Частично связанный поток является переходной частью между связанным и свободным потоками. Граничные количественные значения этой части потока значительно расплывчаты и колеблется в пределах (см.рис.2.3) t2 = (4 б) сек и Хъ = (10 15) сек в зависимости от дорожных и погодно-климатических условий, интенсивности движения, и, разумеется, от скорости.
Транспортные средства, образующие свободную часть потока, в основном подчиняются экспоненциальному закону и, как показывают экспериментальные исследования, он присущей даже потоку, имеющему значительную интенсивность движения.
Исследование характеристик движения в зоне учетана многополосных автомобильных дорогах
Установка зон учета на каждой полосе многополосной дороги. С точки зрения проектирования новых дорог, содержания и организации эффективного использования многополосных дорог, а также организации дорожного движения целесообразны данные об интенсивности движения на каждой полосе дороги. При непрерывном учете данных о дорожном движении для этих целей зона учета устанавливается на каждой полосе (рис.3.7). Погрешность правильного подсчета в этом случае вызвана одновременным пересечением транспортным средством двух зон учета соседних полос при переходе на другую полосу (или при обгоне), а также при произвольном некорректном передвижении по полосе движения. Безусловно, что количественные величины определяемых погрешностей зависят от алгоритма или модели описания динамики транспортного потока. В общем случае принимаем, что транспортные средства передвигаются по многополосной дороге, выбирая полосу передвижения соотвественно своим динамическим характеристикам, а также интенсивности движения, и выезд осуществляет только для выполнения маневра-обгон. Тогда при Г полосах движения в каждом направлении истинное количество ПІ транспортных средств на І -ой полосе: С увеличением интенсивности транспортного потока уменьшается вероятность смены полос. Водитель меняет полосу движения уже своевременно и в зависимости от интенсивности движения, относительной скорости и особенностей вождения, обгоняя медленно движущегося транспортного средства, продолжает движение по занятой им полосе, т.е. с увеличением регулярности транспортного потока по полосам уменьшается вероятность J с. = CjfoinJT тг появления быстроходных транспортных средств, тем самым и вероятность необходимости обгона. Транспортные средства осуществляют передвижение в основном по выбранным полосам движения, тем самым увеличивается достоверность непрерывного автоматического учета данных о дорожном движении.
Относительные ошибки учета транспортных средств в соответствующих полосах выражаются: Установка одной зоны учета на многополосной дороге. При установке одной зоны учета на многополосной дороге (рис.3.8) потери данных вызваны одновременным появлением двух и более транспортных средств в зоне учета. Одновременное появление в зоне учета двух и более транспортных средств возможно при: - выполнении маневра-обгон аналогично как на двухполосной дороге; - независимом передвижении транспортных средств по различным полосам. Истинное количество П транспортных средств, проезжающих it учетный пункт, учитывая показания П с одной зоны учета, определяется: где: ДГЦ - суммарные потери данных из-за одновременного независимого появления Q, транспортных средств в зоне учета на многополосной дороге; А П — суммарные потери данных из-за маневра-обгон в зоне учета. Потери данных At\a определяются суммированием частных потерь АГ\л данных при одновременном независимом появлении в зоне учета двух или более транспортных средств на Г полосной дороге [41] : Тогда где ірШ] - суммарная вероятность одновременного независимого появления транспортных средств на CL полосах Г полосной дороги. В свою очередь, суммарные потери данных из-за маневра-обгон в зоне учета определяются: где: Ґ1[ - количество обгоняющих транспортных средств І -ой полосы, которые незафиксированы в зоне учета в связи с одновременным появлением с обгоняемым транспортным средством; Пі.ср - предполагаемое среднее количество транспортных средств на і -ой полосе. Вероятность /рЙ) предлагается определить следующим образом. При Г полосах движения возможны различные комбинации одновременного независимого появления транспортных средств в зоне учета, начиная с двух по Г транспортных средств. Общее число различных ситуаций совпадения транспортных средств выражается
Экспериментальные исследования на автомобильных дорогах и разработка рекомендаций по выбору структуры учета данных
В ходе предварительного анализа выявлено, что интенсив движения в рабочие дни днем равна МПр » N05 = 160 авт/ч.
При этом наблюдались следующие значения параметров: t0 = 4 сек; В свою очередь, для определения вероятности JL транспортных средств в зоне учета определяется средняя скорость Vcp транспортного потока и средняя длина. Dcp.
Согласно методике проведения статистических исследований (см.3.3), Dcp определялось по количественному соотношению транспортных средств по определенным типам и средним значениям их длины. Результаты, полученные в благоприятных дорожных и погодно-климатических условиях на двухполосной автомобильной дороге Валмиера-Валка приведены в таблице 4.4. Эти значения средней длины транспортных средств в потоке в дальнейшем использовались при определении достоверности учета транспортных средств, связанной с установкой одной зоны учета на всю проезжую часть. Средняя длина транспортных средств согласно данным табл.4.4 равна:
Из сравнительного анализа относительных ошибок видно, что на автомобильных дорогах с шириной проезжей части до 7 м нецелесообразна структура учетного пункта с установкой зоны учета на каждой стороне движения. Это объясняется в основном некорректным передвижением транспортных средств по своей стороне движения, т.е. при относительно минимальной интенсивности движения на данной дороге транспортные средства при передвижении сближаются к середине проезжей части, что подтверждается и другими исследователями [25]. Таким образом, основную погрешность при структуре учетного пункта с использованием двух зон учета на автомобильных дорогах с шириной проезжей части до 7 м составляет транспортные средства, некорректно передвигающиеся по своей стороне движения. При установке одной зоны учета на всю проезжую часть относительная погрешность автоматического учета транспортных средств значительно ниже ( jp = - 5,5%). В этом случае погрешность ложного срабатывания - недоучет транспортных средств - обусловлена одновременным появлением транспортных средств в зоне учета.
В неблагоприятных дорожных условиях (в зимнее заснеженное время) статистические исследования на данной дороге проводились по суженной программе в виду того, что установка двух зон учета оказалась явно нецелесообразной, так как транспортные средства прямого и обратного направлений образовали одну уширенную полосу движения. Результаты сопоставления статистических исследований и теоретических предположений приведены в таблицах 4.6, 4.7, 4.8. 4.9.
Таким образом, относительно структуры учетного пункта и передвижения транспортных средств по дороге с шириной проезжей части & 7 м можно сделать следующие выводы: - при сужении проезжей части и плохих погодно-климатичес-ких условиях транспортные средства не соблюдают установленные стороны или полосы движения, сдвигаясь к середине дороги, что вызывает ложное срабатывание средств непрерывного автоматического учета данных о дорожном движении; - на двухполосных автомобильных дорогах с шириной проезжей части «7м рекомендуется установка одной зоны учета независимо от дорожных и погодно-климатических условий и от интенсивности движения;
