Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние организации движения на нерегулируемых перекресках 9
1.1. Состояние аварийности в Российской Федерации 9
1.2. Состояние аварийности в Иркутской области и безопасность движения на местных сетях на примере Свердловского округа г. Иркутска 13
1.3. Пути снижения аварийности на нерегулируемых пересечениях 20
1.4. Классификация средств успокоения движения 21
1.5. Понятие современное кольцевое пересечение. Классификация и элементы геометрии кольцевых пересечений 27
1.5.1. Виды кольцевых пересечений. Понятие современное кольцевое пересечение 27
1.5.2. Классификация кольцевых пересечений малого и среднего диаметров 38
1.5.3. Элементы современных кольцевых пересечений 51
1.6. Эффективность современных кольцевых пересечений как средства снижения аварийности 55
1.7.Распространение современных кольцевых пересечений 62
Глава 2. Теоретические основы оценки пропускной способности компактных кольцевых пересечений и задержек на них 67
2.1. Виды распределений, используемых в моделях оценки пропускной способности и задержек 67
2.2. Общие положения методик 72
2.3. Австралийская методика 74
2.4. Великобританская методика 76
2.5. Германская методика 79
2.6. Оценка пропускной способности, средней задержки и длины очереди в руководстве Highway Capacity Manual 2000 80
2.7. Оценка пропускной способности руководства Финляндии 84
Глава 3. Методика обследования транспортных потоков на нерегулируемых и кольцевых пересечениях 88
3.1. Методика обследования транспортных потоков 88
3.2. Методика определения критических интервалов и интервалов следования из очереди 95
Глава 4. Определение параметров транспортных потоков и области оптимального применения нерегулируемых пересечений и компакт ных колец 103
4.1. Оценка параметров распределений интервалов в транспортных потоках 103
4.2. Определение критических интервалов и интервалов следования из очереди 108
4.3. Оценка влияния связанной доли потока на пропускную способность 109
4.4. Сравнительный анализ компактного кольцевого пересечения и нерегулируемого пересечения 110
4.5. Рекомендуемая область применения нерегулируемых пересечений и компактных колец 125
Основные выводы 129
Библиографический список 132
Приложение 144
- Состояние аварийности в Иркутской области и безопасность движения на местных сетях на примере Свердловского округа г. Иркутска
- Оценка пропускной способности, средней задержки и длины очереди в руководстве Highway Capacity Manual 2000
- Методика определения критических интервалов и интервалов следования из очереди
- Определение критических интервалов и интервалов следования из очереди
Введение к работе
Актуальность. Одной из важнейших проблем эксплуатации автомобильного транспорта в нашей стране является состояние безопасности дорожного движения в российских городах. Концентрация ДТП отмечается, в том числе, на нерегулируемых перекрестках, составляющих значительную долю всех пересечений городских улич-но-дорожных сетей (УДС). В соответствии с данными международной статистики переоборудование нерегулируемых пересечений в кольцевые пересечения малого и среднего диаметра позволяет снизить аварийность на 40-80% (таб.1.), что обусловило широкое распространение «современных кольцевых пересечений» (modern roundabouts). Этим термином обозначаются кольцевые пересечения малого и среднего диаметра, имеющие приоритет движения по кольцевой проезжей части и целый ряд особенностей проектирования геометрических элементов, обеспечивающих проезд длинномерных транспортных средств и безопасное движение пешеходов. Такие кольцевые пересечения получили широкое применение в США, Канаде, большинстве стран Западной Европы, Израиле и англоязычных странах Австралии, Новой Зеландии, Южной Африке. Масштабы применения современных кольцевых пересечений характеризуются следующими цифрами: по данным английской прессы в Великобритании насчитывается 5000 таких пересечений; во Франции в конце 1994 г. насчитывалось около 12080 современных кольцевых пересечений, а в 2005 г. их уже было более 27000.
В российской практике организации дорожного движения (ОДД) кольцевые пересечения еще не получили должного применения. Поэтому важны исследования, доказывающие, что компактные кольцевые пересечения, признанные в мировой практике одним из самых эффективных средств снижения аварийности, позволяют повысить качество ОДД и по другим показателям.
Рабочая гипотеза. Значительное повышение качества организации дорожного движения на местных УДС может быть достигнуто на основе применения компактных кольцевых пересечений вместо нерегулируемых пересечений, что позволит существенно увеличить пропускную способность и снизить задержки транспортных средств.
Цель работы - повышение эффективности ОДД на местных улично-дорожных сетях городов на основе применения компактных кольцевых пересечений.
Объект исследования - функционирование потоков транспортных средств на кольцевых и нерегулируемых пересечениях.
Предмет исследования - сравнение компактных кольцевых и нерегулируемых пересечений с использованием показателей пропускная способность и задержки транспортных средств.
Сформулированная цель работы потребовала решить следующие задачи:
Установить виды распределений интервалов в потоках транспортных средств на местной УДС в том числе оценить влияние регулируемых пересечений. В соответствии с установленными распределениями выбрать модели расчета пропускной способности и задержек для нерегулируемых и компактных кольцевых пересечений.
Установить для нерегулируемых и кольцевых пересечений значения параметров, используемых в расчетах пропускной способности и задержек транспортных
средств - критических интервалов и интервалов следования из очереди второстепенного направления.
На основе численного моделирования выполнить сравнение нерегулируемых и
компактных кольцевых пересечений с использованием показателей суммарная
пропускная способность и суммарные задержки транспортных средств и опреде
лить область эффективного применения компактных кольцевых пересечений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены репрезентативными объемами выборок исследуемых параметров транспортных потоков, выбором моделей расчета пропускной способности и задержек, соответствующих установленными характеристиками транспортных потоков, верификацией результатов экспериментов общепринятыми статистическими критериями, использованием библиотек оптимизации и статистической обработки данных среды MATLAB.
Научная новизна:
установлены следующие характеристики транспортных потоков:
параметры распределений интервалов в транспортных потоках на местной улично-дорожной сети, в том числе, в случаях влияния регулируемых пересечений;
значения критических интервалов для различных видов маневров транспортных средств на нерегулируемых и кольцевых пересечениях;
значения интервалов следования из очереди второстепенного направления для нерегулируемых и кольцевых пересечений;
установлены модели расчета пропускной способности и задержек, соответствующие наиболее распространенным распределениям интервалов в транспортных потоках на местной УДС;
определена область значений интенсивностей движения, при которых целесообразно применение компактных кольцевых пересечений.
Практическая ценность работы:
предложены уточненные методики расчета пропускной способности и задержек компактных кольцевых пересечений;
рекомендованы значения параметров транспортных потоков, используемых в расчетах пропускной способности и задержек компактных кольцевых пересечений, нерегулируемых перекрестков;
даны рекомендации по применению компактных кольцевых пересечений вместо нерегулируемых перекрестков.
Научные положения, выносимые на защиту:
Методы расчета пропускной способности компактных кольцевых пересечений, а также задержек транспортных средств на них должны основываться на дихотомическом распределении интервалов в потоке транспортных средств, которое учитывает наличие связанной части потока транспортных средств.
Расчеты пропускной способности кольцевых компактных пересечений, а также задержек транспортных средств на них должны выполняться с использованием критических интервалов и интервалов следования из очереди, характерных для современных условий движения на городских УДС. Экспериментально установлены значения этих параметров, рекомендуемые для практического использования.
Область эффективного применения компактных кольцевых пересечений должна определяться на основе сравнения нерегулируемых и кольцевых пересечений в
широком диапазоне значений интенсивности движения транспортных средств с использованием критериев: пропускная способность и суммарные задержки. Сформулированная задача решается методами численного моделирования.
Реализация работы
Результаты исследования внедрены в АНО «Институт Проблем безопасности движения» при подготовке текста ОДМ «Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог» (по заданию Росавтодора Минтранса России № 101/08-25 от 12.05.2008 г.).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационного исследования представлялись в научных докладах и выступлениях: ежегодная научно-техническая конференция Иркутского государственного технического университета (Иркутск, 2007, 2008, 2009гг.); VIII международная научно-практическая конференция "Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах" (С-Петербург, 2008 г), VI международная научно-практическая конференция (Минск, 2008г.), III Межрегиональная научно-практическая конференция. «Дорожно-транспортный комплекс: состояние и перспективы развития» (Чебоксары, 2008г.), XV международная научно-практическая конференция «Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния» (Екатеринбург, 2009 г.), VI Всероссийская научно-техническая конференция «Политранспортные системы» (Новосибирск, 2009г.), Международная научно-практическая Интернет-конференция «Совершенствование организации дорожного движения, перевозок пассажиров и грузов» (Минск, 2009г.).
Публикации
По результатам диссертационного исследования опубликовано 11 печатных работ, в т.ч. одна в изданиях, утвержденных ВАК Минобразования РФ для кандидатских диссертаций.
Структура и объем работы
Состояние аварийности в Иркутской области и безопасность движения на местных сетях на примере Свердловского округа г. Иркутска
Проблема аварийности на дорогах в Иркутской области весьма актуальна, так как с каждым годом количество ДТП увеличивается, а также увеличивается количество погибших и пострадавших людей. Наиболее остро вопрос аварийности стоит в городах и населенных пунктах Иркутской области. В Иркутской области по итогам 2007 года произошло 4223 ДТП, в которых погибло 660 человек и 5205 человек получили ранения [116].
Приведем некоторые статистические данные. Более 88 процентов 3571 всех ДТП в Иркутской области связаны с нарушениями Правил дорожного движения водителями транспортных средств. В данных ДТП погибли 566 человек и получили ранения 4614 человека. По вине пешеходов произошло 789 ДТП в которых 119 человек погибло и 712 получили из-за неудовлетворительного состояния улиц и дорог произошло 1271 ДТП, в которых погибли 147 человек и 1546 получили травмы различной степени тяжести. В среднем по Иркутской области тяжесть последствий ДТП составила 11,3 погибших на 100 пострадавших.
Мы можем заметить, что увеличение протяженности уличной сети осуществляется медленными темпами. Также на низком уровне находится эксплуатационное состояние проезжей части и пешеходных дорожек городов, в некоторых местах пешеходные дорожки отсутствуют, что увеличивает вероятность возникновения аварий. Протяженность улиц с твердым покрытием составляет всего 66,5%, а усовершенствованное покрытие имеют лишь 55% уличных сетей.
Также следует отметить, что оснащенность городов техническими средствами организации движения не отвечает потребностям, как пешеходов, так и водителей. На сегодняшний день в Иркутске находится в эксплуатации только 70 светофорных объектов, при населении в 700 тыс. человек. Для сравнения приведем пример развитых стран Европы и Америка. В среднем в городах при населении в 150 тыс. человек существует около 170 светофорных объектов. Данный пример свидетельствует о недостатке оснащенности многих городов России техническими средствами организации движения, таких как светофор.
Сложившийся дисбаланс между ростом автомобильного парка и уровнем развития улично-дорожной сети городов и населенных пунктов привел к ухудшению условий движения, заторам, росту задержек и увеличению расхода топлива, ухудшению экологической обстановки, росту количества ДТП.
При проектировании и строительстве городских улиц и дорог значительная часть мероприятий, непосредственно влияющих на безопасность движения, игнорируется в целях снижения стоимости строительства из-за отсутствия четких нормативных требований. На основании вышеприведенной статистики мы можем сделать вывод о том, что, учитывая объективные сложности при разработке и реализации мер по организации дорожного движения, необходимо усиление проектирования и строительства городских улиц и дорог специалистами дорожно-эксплуатационных, коммунальных, транспортных и иных служб, в ведении которых находится улично-дорожная сеть. В настоящее время в структуре управления городским хозяйством, как правило, отсутствуют подразделения, осуществляющие функции организации дорожного движения. Все чаще стали отмечаться случаи несвоевременной замены и восстановления поврежденных технических средств регулирования, отключение светофорных объектов от энергосети и т.д. В результате свыше 10% протяженности дорожной сети городов систематически работает в условиях постоянного образования заторов и создания аварийных ситуаций при пропуске транспортных и пешеходных потоков. Около трети протяженности улиц в населенных пунктах не имеют искусственного освещения. В темное время суток на них совершается практически половина всех дорожно-транспортных происшествий, тяжесть последствий которых в два раза выше, чем в дневное время.
Все эти факторы приводят к постоянному росту аварийности, причем в последнее время, значительно увеличилось количество ДТП на местных УДС городов, так как напряженность движения на них значительно возросла. Большинство таких сетей не оснащены в соответствии с требованиями правил дорожного движения, так как их проектирование осуществлялось при значительно меньшей интенсивности движения.
Оценка пропускной способности, средней задержки и длины очереди в руководстве Highway Capacity Manual 2000
В руководстве НСМ 2000 [101] рассмотрен случай кольцевого пересечения с однополосными подходами (т.е. случай с улицами, имеющими по две полосы движения). При этом указывается, что в США еще не накоплен достаточный опыт эксплуатации кольцевых пересечений с несколькими полосами движения на подходах, что пока не позволяет создать практическое руководство. К разработке данного раздела привлекался и Troutbeck R. J. [142,143]. Исходная схема расчета пропускной способности входа на кольцевое пересечение руководства НСМ 2000 [101] представлена в рис. 2.5. Рис. 2.5. Схема к расчету пропускной способности входа на кольцевое пересечение в руководстве НСМ 2000 [101]:va - интенсивность движения на входе на кольцевое пересечение, прив.авт./ч; vc - интенсивность движения на кольце, прив авт./ч В соответствии с приведенной выше схемой пропускная способность входа на пересечение са (прив.авт./ч) рассчитывается как где vc - интенсивность движения на кольце, прив.авт./ч; tc - критический интервал, с; t/— интервал следования из очереди второстепенного потока (на входе на кольцо), с. Диапазон значений критических интервалов и интервалов следования из очереди, используемые в расчетах кольцевых пересечений, указан в табл. 2.2. Влияние данных параметров на величину получаемой расчетной пропускной способности входа на кольцевое пересечение представлено на рис. 2.6. Следует отметить, что проведенные за последние годы исследования позволили дополнить методику руководства НСМ 2000 [101]. Были предложены две эмпирические модели оценки пропускной способности входа на пересечение: модель входа на однополосное кольцевое пересечение, модель двухполосного входа на двухполосное кольцевое пересечение. Регрессионная модель оценки пропускной способности входа на однополосное пересечение где с — пропускная способность входа на кольцо, прив.ед/ч; vc— интеисивнеть движения на кольце, прив.ед/ч. Очень важно, что уравнение (2.25) может калиброваться на основе местных данных, получаемых при обследовании. Общий вид уравнения калибруемого уравнения где с - пропускная способность входа на кольцо, прив.ед/ч; - параметры модели. Уточняемые параметры рассчитываются по формулам А = где с - пропускная способность входа на кольцо, прив.ед/ч; vc— интенсивность движения на кольце, прив.ед/ч; tc - критический интервал, с; tf - интервал следования из очереди второстепенного потока (на входе на кольцо), с. Для оценки пропускной способности двухполосного входа на двухполосное кольцевое пересечение предложена аналогичная регрессионная модель [101]. Пропускная способность критической полосы многополосного подхода где ccrit - пропускная способность критической полосы входа на кольцо, прив.ед/ч; vc— интенсивность движения на кольце, прив.ед/ч; Средняя задержка транспортного средства на входе на кольцевое пересечение d (с) определяется в руководстве НСМ 2000 как V Г где v — интенсивность движения на входе на входе на кольцевое пересечение, авт./ч ; Стх - пропускная способность входа на кольцевое пересечение, авт./ч; -продолжительность анализируемого периода Г (например Т- 0,25 для периода 15 мин), ч. Зависимость средней задержки от пропускной способности входа на кольцо и интенсивности движения на нем представлена на рис. 6.4. Средняя длина очереди (длина очереди 50% обеспеченности) на входе на кольцевое пересечение
Методика определения критических интервалов и интервалов следования из очереди
Основными параметрами транспортного потока, влияющими на результаты расчетов пропускной способности нерегулируемых и кольцевых пересечений и задержек на них, являются граничный интервал и интервал следования. По этой причине определение данных параметров является важнейшей задачей. Методы оценки значений критических интервалов и интервалов следования из очереди второстепенного направления рассматривали в своих работах Бабков В.Ф., Лобанов Е.М., Левашев А.Г., Мартяхин Д.С., Сильянов В.В., Aburahma A., Akcelik R., Armitage D.J., Brilon W., Cassidy M.J., Cowan R.J., Fisk C.S., Flannery A., Grossmann M., Kimber R.M., Kyte M., McDonald M., Siegloch W., Taekratok Т., Troutbeck R.J., Wu N. и другие [6, 7, 8, 21, 28, 36, 37, 38, 39, 41,61, 62, 79, 82, 84, 87, 88, 90, и др.]. Существующие методы, используемые для определения критических интервалов и интервалов следования, условно можно разделить на две группы. Первая группа методов основана на регрессионном анализе количества водителей, принявших интервал в зависимости от размера этого интервала. Вторая группа методов определяет распределение критических интервалов и распределение интервалов следования из очереди независимо друг от друга. Метод регрессии К первой группе методов относится методика, предложенная Siegloch , которую считают одной из самых эффективных регрессионных методик [17, 19, 58, 66, 69, и др.]. Данный метод позволяет одновременно определить граничный интервал и интервал следования из очереди. При использовании данного метода предполагается, что на перекрестке во второстепенном направлении существует достаточно постоянная очередь транспортных средств. Так, для этого метода хотя бы одно транспортное средство должно остаться в очереди после того, как несколько транспортных средств покинули очередь, используя подходящий интервал в главном потоке. Использование регрессионного метода включает следующие этапы: записывается продолжительность каждого интервала в главном потоке и количество транспортных средств, проследовавших из очереди; далее определяется среднее значение интервала для каждой группы интервалов (для 1-го, 2-х, 3-х транспортных средств, проследовавших из очереди); строится линейная регрессия среднего значения интервала относительно количества транспортных средств, проследовавших из очереди; полученная линия характеризует интервал следования из очереди и пересекает ось X в точке to, в соответствии с этим критический интервал определяется как , где tc — критический интервал, tf - интервал следования из очереди. Регрессии так же можно представить в виде ступенчатой функции (рис. 3.7). В случае, когда на перекрестке на второстепенном направлении нет достаточно протяженной и постоянной очереди транспортных средств, метод регрессии, описанный выше, уже не может быть использован. В данной ситуации применим метод, предполагающий определение граничных интервалов и интервалов следования из очереди независимо друг от друга. Например, на нерегулируемом перекрестке, в определенный промежуток времени существует очередь из 10 транспортных средств, собирающихся совершить правоповоротный маневр на главную дорогу. При появлении достаточно большого интервала в главном потоке 6 автомобилей покинули перекресток. Автомобили покидали перекресток в следующие промежутки времени: 4,25, 7,1, 8,9, 11.2, и т.д. Тогда интервалы следования из очереди будут рассчитываться как: tfi =7,1-4,25, (0=8,9-7,1, ( =11,2-8,9 и т.д. Соответственно, средний интервал следования из очереди tj оценивается как среднее арифметическое и равен 2,31 с. Эту операцию необходимо повторить для достаточно большого числа продолжительных интервалов в главном потоке, а затем для всех рассмотренных случаев определить средний интервал следования из очереди. Если в какой-то момент на второстепенном направлении не наблюдалось очереди и за достаточно большой граничный интервал (например, 20 с) со второстепенного направления выехал только один автомобиль, то такой случай не учитывается. Таким образом, интервал следования t/ представляет постоянную величину, которая может быть определена как среднее временных интервалов между движущимися из очереди автомобилями второстепенного направления, начиная со второго в очереди. Определение граничных интервалов. Определение граничного интервала является более сложной задачей. Основоположниками теории определения граничных интервалов считаются Greenshields и Raff [28]. В последствии был предложен очень широкий набор методик, основанных на совершенно разных теоретических подходах, Probit-анализ и Logit-модель (из теории транспортного планирования), метод максимального правдоподобия (Maximum-Likelihood-Method) [28].
Определение критических интервалов и интервалов следования из очереди
С использованием регрессионного анализа была проведена оценка величин критических интервалов и интервалов следования из очереди для разных видов маневров. Во всех изучаемых случаях применялась регрессия среднего. Один из примеров применения регрессии представлен на рис. 4.1. По результатам параграфа 4.2. для расчета пропускной способности на пересечениях были выбраны модели, основанные на дихотомическом распределении Cowan МЗ. Один из вариантов использования распределения Cowan МЗ предусматривает применение формулы В. Брилона (2.8) для расчета значений параметра а , который учитывает связанную часть потока. При использовании формулы В. Брилона (2.8) значение параметра а выполняется с использованием другого параметра А (его рекомендуемые значения представлены в табл. 4.3). Поэтому оценить влияние состояния транспортного потока (т.е. доли связанного потока а ) на пропускную способность можно посредством изучения влияния на пропускную способность самого параметра лі. В связи с отсутствием возможности наблюдать в реальных условиях группу перекрестков с разным состоянием транспортных потоков (т.е. с разными значениями параметра А), становится невозможным натурный эксперимент. В качестве инструмента исследования целесообразно использовать численное моделирование. Поэтому было выполнено численное моделирование пропускной способности отдельных видов маневров: при фиксированных значениях критических интервалов и интервалов следования из очереди; варьируемых значениях интенсивности движения потока главного направления и параметра А. Результаты моделирования величины пропускной способности второстепенного направления в зависимости от интенсивности движения и степени связанности потока главного направления представлены на рис.4.2-4.5. Анализ рис.4.2.-4.5 позволяет сделать вывод о том, что параметр А оказывает значительное влияние на результаты расчета пропускной способности второстепенного направления, соответственно, для обеспечения точности его необходимо включать в процедуру расчета. Как и эксперимент, представленный ранее в параграфе 4.3., сравнительный анализ компактного кольцевого (предполагаемый внешний диаметр кольцевого островка 4-8 м) и нерегулируемого пересечения выполнялся с использованием численного моделирования в среде MATLAB [5,9, 11,20,23,40,41,46,69]. Критериями сравнительного анализа выбраны величины суммарных задержек и суммарной пропускной способности, так как сочетание этих двух показателей позволяет наиболее точно и объективно оценить качество функционирования пересечения. В результате численного моделирования должна быть установлена область оптимального применения компактных кольцевых пересечений. При этом под оптимальной областью понимаются значения интенсивности движения и распределение потоков по направлениям, при которых кольцевые пересечения имеют лучшие показатели суммарных задержек, чем нерегулируемые пересечения. Соответственно, такая постановка задачи моделирования требовала рассмотреть как можно большее количество вариантов разных соотношений потоков на пересечениях. Схемы распределения потоков на пересечениях представлены на рис. 4.6.
