Содержание к диссертации
Введение
1. Введение 5
2. Существующее положение и задачи исследования 8
2.1 Анализ условий работы маршрутного пассажирского транспорта в городах СССР 8
2.2 Характеристика методов приоритетного пропуска и последствий их применения 13
2.3 Граничные условия использования приоритетного пропуска и основные направления теоретических исследований 26
2.4 Выводы и задачи исследован-ия 36
3. Моделирование взаимодействий транспортных средств в смешанном потоке на многополосной магистрали 39
3.1 Факторы, определяющие эффективность выделения спецполосы 39
3.2 Основные представления, о взаимодействии транспортных средств на перегоне многополосной магистрали 43
3.3 Расчет длительности фаз свободного и связанного движения .--.- 46
3.4 Оценка распределения, транспортных средств различных типов по полосам движения ., 55
3.5 Определение величины интервала между автомобилями приемлемого для. перестроения с соседней полосы движения » 62
3.6 Результаты моделирования и оценка эффективности выделения спецполос 67
3.7 Выводы .: 74
4. Исследование эффективности методов приоритетного пропуска через регулируемые перекрестки 76
4.1 Коррекция цикла, рассчитанного по стандартной методике 76'
4.1.1 Анализ возможности и целесообразности коррекции . 76
4.1.2 Расчет основных тактов с учетом необходимости минимизации стоимости задержек -81
4.1.3 Результаты расчетов 85
4.2 Метод разнесенных стоп-линий 96
4.2.1 Принцип действия и. расчет основных параметров . 96
4.2.2 Изменение структуры цикла регулирования и анализ задержек транспортных средств 101
4.2.3 Условия применения метода разнесенных стоп-линий . 107
4.3 Выводы 115
5. Натурные исследования характеристик движения транспортных средств на городских многополосных магистралях 118
5.1 Задачи и методика проведения натурного исследования 118
5.2 Анализ скоростей свободного движения транспортных средств различных типов ,125
5.3 Определение скоростей сообщения транспортных.средств на перегоне 130
5.4 Оценка среднеходовой. скорости средств маршрутного пассажирского' транспорта на? перегонах 131
5.5 Выводы 141
6. Методическое обеспечение организации приоритетного движения 144
6.1 Методика выявления целесообразности и рекомендации по организации спецполос в попутном направлении 144
6.2 Методика оценки целесообразности коррекции жесткого цикла регулирования и определения длительности основных тактов 148
6.3 Методика определения целесообразности использования разнесенных стоп-линий и расчета основных параметров 150
6.4 Оценка экономической эффективности организации приоритетного пропуска 153
7. Общие выводы 159
8. Спинок литературы
- Анализ условий работы маршрутного пассажирского транспорта в городах СССР
- Основные представления, о взаимодействии транспортных средств на перегоне многополосной магистрали
- Расчет основных тактов с учетом необходимости минимизации стоимости задержек
- Анализ скоростей свободного движения транспортных средств различных типов
Введение к работе
Актуальность работы. Программа гармоничного развития народного хозяйства СССР, намеченная ХХУІ съездом КПСС, поставила серьезные задачи перед работниками транспорта. Одна из них - обеспечение наиболее полного и своевременного удовлетворения неуклонно возрастающих потребностей населения в пассажирских перевозках, что соответствует основной, цели социалистического, производства - максимальному удовлетворению материальных и духовных потребностей трудящихся. Решение этой задачи предполагает рациональную организацию движения на маршрутах следования наземного пассажирского транспорта с точки зрения удобства, безопасности движения и достижения достаточно высокой скорости.
Однако, несмотря, на улучшение эксплуатационных качеств подвижного состава, техническая скорость средств маршрутного пассажирского транспорта (СМПТ) в городе в среднем не увеличилась по сравнению, например, с I960 годом. Основной причиной этого является, постоянное повышение загрузки дорог,
В связи с тем, что возможности изменения существующей сети дорог в городах ограничены, а мероприятия, направленные на совершенствование условий движения общего транспортного потока1 в ряде случаев не могут дать должного эффекта, представляется актуальным использование методов организации движения, основанных на предоставлении приоритета для СМПТ. Однако в настоящее: время эти прогрессивные методы недостаточно распространены в городах СССР, что в значительной степени связано с отсутствием убедительных теоретических обоснований, применения отдельных методов приоритетного пропуска, с несовершенством предварительной оценки основных последствий их использования. Эти обстоятельства определяют актуальность настоящего исследования.
Цель работы - повышение скоростей, сообщения средств маршрутного пассажирского транспорта при; общем сокращении стоимости за-» держек транспортных средств и= пассажиров.
В соответствии; с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Теоретическое; и экспериментальное исследование взаимодействия транспортных средств ( ТО) в смешанном потоке: на многополосной магистрали.
2. Разработка методики предварительной оценки целесообразности выделения специальных полос для движения СМИТ в различных вариантах и практических рекомендаций по их использованию.
3. Исследование условий, при которых целесообразна коррекция жесткого циклам регулирования на изолированном перекрестке в случае пропуска в одной из фаз мощного потока СМИТ. Разработка методики определения оптимальной продолжительности основных тактов.
4. Исследование условий использования разнесенных стоп-линий для СМПТ и неприоритетных ТО (метод разнесенных стоп-линий). Разработка методики расчета оптимальных параматров цикла; регулирования и практических рекомендаций по применению этого метода.
Научная новизна исследования. В работе впервые решается задача предварительной оценки изменения среднего времени проезда ТС различных типов в связис выделением спецполосы для СМПТ с учетом ее; месторасположения на проезжей части, интенсивности, состава потока неприоритетных ТС, особенностей проявления их динамических качеств на: конкретном перегоне. Обоснована целесообразность коррекции стандартной методики расчета цикла регулирования на изолированном перекрестке при- выраженной неравномерности стоимости задержек ТС с учетом стоимости задержки пассажиров , пропускаемых в разных фазах Разработан и использован метод расчета на ЭВМ оптимальных величин основных тактов, минимизирующих общую стоимость задержек ТС и пассажиров. Разработана методика расчета изменения общей стоимости задержек ТС и пассажиров в связи с использованием метода разнесенных стоп-линий с учетом деформации цикла регулирования, вызванной увеличением соответствующего фазового коэффициента.
Практическая ценность и реализация работы. Полученные результаты могут быть использованы в практике организации движения при проектировании: и реализации мероприятий, по созданию приоритетных условий движения для. СМПТ в городах. Разработанные в диссертации методические, положения: по выделению спецполос для СМИТ на перегоне, по использованию коррекции, жесткого цикла регулирования на изолированном перекрестке, по применению метода1 разнесенных стоп-линий приняты за основу при подготовке соответствующих разделов межведомственного нормативного документа - "Указаний по организации приоритетного движения транспортных средств общего пользования". Результаты исследования эффективности спецполос для СМПТ использованы приг экспериментальной эксплуатации спецполосы на: участке Профсоюзной улицы в Москве.
Автор защищает методические положения по выявлению целесообразности и практические рекомендации по применению методов приоритетного пропуска- СМПТ:
- выделению спецполос на- перегоне в попутном направлении;,
- коррекции жесткого цикла; регулирования на изолированном перекрестке - метода разнесенных стоп-линий.
Анализ условий работы маршрутного пассажирского транспорта в городах СССР
Объективные закономерности развития социалистического общества обусловливают постоянный рост потребностей населения в городских пассажирских перевозках. Это подтверждают данные табл. 2.1 /7/, отражающие также изменение объема перевозок, выполняемых различными видами транспорта. Прогноз на будущее позволяет предположить, что к 2000 году объем городских пассажирских перевозок составит 75-77 млрд. пассажиров в год /48/.
Характерным как для РСФСР, так и для СССР в целом, является устойчивое увеличение доли автобусных перевозок. Это можно объяснить тем, что организация автобусного сообщения связана с меньшими капитальными затратами и может быть осуществлена в наиболее короткие сроки. Указанные факторы приобретают особый вес в условиях интенсивного развития городов и увеличения их числа.
Основные направления экономического и социального, развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года предусматривают, что за текущее пятилетие пассажирооборот автобусов общего пользования должен возрасти на 16-18$. Несмотря на развитие городского рельсового транспорта, в ближайшей перспективе автомобильный транспорт будет продолжать играть основную роль в осуществлении пассажирских перевозок. Исключительная важность повышения эффективности его работы становится, очевидной, если принять во внимание, что себестоимость единицы транспортной работы на автомобильном транспорте остается в 20 раз выше, чем, например, на железнодорожном /32/. Социальная и экономическая значимость качественного удовлетворения потребностей в городских пассажирских перевозках при наименьших затратах отражена в материалах ХХУІ съезда КПСС, где указано на необходимость "улуч шить организацию работы пассажирского автомобильного транспорта в городах" и "повысить безопасность движения и обеспечить уменьшение, вредного воздействия транспорта на окружающую среду",
Одним из основных направлений повышения эффективности работы СМПТ является увеличение скорости сообщения. За последнее десятилетие на городских маршрутах стали использоваться новые марки подвижного состава ЛиАЗ-677, Икарус-260, Икарус-280 и другие , отличающиеся не только большей вместимостью, но и более высокими скоростными качествами. Однако, для городских маршрутных автобусов характерно наименьшее по сравнению с другими видами транспорта использование динамических качеств, о чем свидетельствуют данные табл. 2.2 /2/. Это положение отчасти объясняется характером перевозок, выполняемых автобусами (частые остановки для посадки и высадки пассажиров), но также в значительной степени связано с особенностями дорожного движения в города. Характерно, что в городах СССР эксплуатационная скорость автобусов стабилизируется, а в некоторых случаях снижается. Так, например, в Ленинграде с 1973 по 1979 год эксплуатационная скорость возросла с 18,89 км/ч до 19,47 км/ч, то есть увеличилась при- ; мерно на 3%. В тот же период в Москве этот показатель снизился на I»ОЙ. Наиболее низкие скорости автобусов - около 17 км/ч отмечаются в городах, не превышающих 250-300 тысяч жителей /8/. В центральных \ районах городов СССР в часы пик скорость сообщения автобусов в ряде случаев снижается до 9-13 км/ч /8,61/.
Анализ причин задержек автобусов и других СМПТ показывает, что значительная их доля связана с простоем в ожидании возможности проезда пересечений в одном уровне и с взаимодействием с общим транспортным потоком на перегонах и в зоне; остановочных пунктов СОП) /26 33,41,43/. В городах СССР доля суммарных задержек СМПТ по причинам уличного движения в общем времени рейса составляет 7-8$ /8/. Для сравнения можно отметить, что в США эта величина составляет около 12% /59/. Таким образом, налицо тесная связь вопросов организации движения и пассажирских перевозок. Совершенно обоснованным представляется вывод о том, что особенности существующей транспортной сети и управляющих воздействий средств организации движения необходимо учитывать при планировании пассажирских перевозок, а в некоторых случаях эти особенности должны направленно модифицироваться /17/. Ограничение возможностей проведения планировочных мероприятий в условиях исторически сложившейся городской застройки приводит к необходимости использования организационно-регулировочных мероприятий по улучшению условий движения СМПТ. При этом меры, направленные на управление общим транспортным потоком, в условиях высокой и постоянно растущей загрузки дорог во многих случаях неэффективны. Поэтому представляется, актуальным предоставление приоритета в движении для СЛИТ за счет прочих участников движения. Помимо возможности увеличения скорости СМПТ, при этом создаются предпосылки более эффективного использования проезжей части, что поясняют данные табл. 2.3 /31/. Перспективы приоритетного пропуска СМПТ (прежде всего - автобусов J связаны с современными тенденциями в градостроительстве, которые отражаются на структуре передвижения населения. В настоящее время распространено строительство районов с плотной застройкой, удаленных от центра города и от промышленных зон, что связано с социальными и экологическими факторами /6/. Это приводит к увеличению транспортной подвижности населения, повышению средней дальности передвижения /9/, дифференциации путей сообщения в зависимости от величины пассажиропотоков: мощные потоки концентрируются на значительном протяжении, менее мощные - на меньшем протяжении /5/. Анализ технико-экономических факторов позволяет предположить,, что СМПТ не обязательно ограничатся ролью подвозящего к основным транспортным артериям вида транспорта, а могут быть использованы для перевозки по скоростным магистралям основной массы пассажиров /6,19,59,79,91,101/.
Основные представления, о взаимодействии транспортных средств на перегоне многополосной магистрали
Пусть на перегоне /1 -полосной магистрали длиной / (км) движется смешанный транспортный поток с суммарной интенсивностью Лг (физ.ед/ч) . Пронумеруем полосы дороги справа налево /... /2. . Так как предметом исследования является взаимодействие неприоритетных ТС после выделения спецполосы, очевидно, что задача представляет практический интерес при /2=2,3,4 . Условимся обозначать нижним индексом параметры движения, относящиеся к полосе с соответствующим номером. Тогда /і % например, - интенсивность ТС, движущихся по -той полосе. В соответствии с изложенным в п. 3.1 разобьем все ТС на три типа. Соответствующие характеристики будем обозначать верхними индексами "л", "г", "п". Таким образом, величина /V 1, например, обозначает суммарную по всем полосам движения интенсивность легковых автомобилей. Среднее время, затрачиваемое на преодоление участка ТС различных типов обозначим , и . Скорости свободного движения на каждой полосе обозначим" , Vi , V[ .
Для определения средней скорости движения по полосам рассмот-рим сначала транспортный поток на і -той полосе, состоящий из ТС только дух типов - "быстрых" и "медленных". Будем обозначать соответствующие параметры верхними индексами "б" и "м". Скорости свободного движения на отдельных полосах считаем известными, также как;и распределение интенсивности ТС разных типов по полосам после выделения спецполосы. Решение задачи прогнозирования распределения интенсивности ТС разных типов по полосам после выделения спецполосы рассматривается в п.3.4.
"Быстрый" автомобиль, попав на L -тую полосу движения, движется, по ней со скоростью 1 , пока по истечении времени Xі не догонит ближайший к нему по ходу; движения медленный автомобиль. Далее он движется в пачке (пачка может состоять их двух и бодіее автомобилей} со скоростью у до тех пор, пока не представится, возможность перехода на соседнюю полосу движения в свободные условия. Этой возможности водительдожидается в течение времени %i , после чего цикл движения по t - той полосе завершается. Считая такой цикл характерным для "быстрых"ТС, находим, что средняя скорость их движения на і - той полосе определяется по формуле
Возможные состояния быстрого автомобиля в процессе движения в смешанном потоке на трехполосной проезжей части в одном направлении описаны на рис.3.2, Пояснение для каждого: случая перехода в новое состояние приведено в таблице 3.1,
Полагая распределение интенсивности ТС разных типов по полосам движения постоянным на протяжении перегона, среднее время движения "быстрых автомобилей на участке можно определить по формуле
Принимается предположение, что медленные" автомобили не испытывают помех от взаимодействия с другими ТС. Поэтому среднее время их движения может быть рассчитано по формуле Таким образом, задача состоит в определении длительности фаз связанного и свободного движения быстрого автомобиля на каждой полосе движения.
Следует остановиться на области применения рассмотренной схемы взаимодействия ТС. Как показывают многочисленные натурные наблюдения, появление отдельных пачек ТС отмечается при плотности движения около 10 авт/км /34,62,70/, что при скоростях в пределах 50-60 км/ч, характерных для городских условий, равнозначно движению с интенсивностью около 500 авт/ч в расчете на полосу. Переход к полностью связанному движению в смешанном потоке наблюдается при плотности 20-30 авт/км, что соответствует интенсивности 1000-1500- авт/ч в расчете на полосу. Сопоставление указанных значений с пропускной способностью полосы движения по СНиП 11-60-75 с учетом характерного для городов СССР состава потока и соответствующих коэффициентов приведения позволяет сделать вывод о том, что принятая схема взаимодействия отражает условия двиззетн, когда интенсивность составляет от 0,5 до 1-1,3 пропускной- способности. Действительно, достаточно частые перестроения можно наблюдать даже при некотором превышении значений пропускной способности, указанных в СНиП 11-60-75.
Однако при планировании выделения спецполосы положения СНиП о пропускной способности полосы движения следует рассматривать как ограничение на степень стеснения неприоритетных ТС на оставшихся полосах. Надо учесть также, что интенсивность движения, обусловливающая целесообразность организации спецполосы, должна быть достаточно высока. Поэтому можно заключить, что модель, используемая для выполнения расчетов скоростей при выделении спецполосы, должна адекватно качественно отражать особенности взаимодействия ТС при использовании 50-100$ пропускной способности. В этом смысле принятая схема взаимодействия ТС в смешанном потоке является удовлетворительной.
Расчет основных тактов с учетом необходимости минимизации стоимости задержек
Принципиально возможен чисто аналитический путь определения длительности основных тактов, минимизирующих F (4.4J. Для этого в выражение (4.4 вместо dl следует подставить формулу Вебстера (4.7) - зависимость задержки от длительности основного такта и длительности цикла. При этом для двухфазного цикла получиться функция двух переменных Z0і и Г02(71{может быть выражена через Toi и toz и значения промежуточных тактов, определяемые согласно нормативным положениям /56//, для трехфазного цикла - трех переменных L0-/, "toz, "оз t Экстремум функции и соответствующие значения основных тактов могут быть найдены стандартными методами /63/.
Однако такой путь решения связан с громоздкими преобразованиями ис.представлением окончательного результата-в виде, неудобном для практического использования. Желательным является использование результатов в виде дополнения к стандартной методике,, в котором указывается в каких случаях и насколько необходимо изменить значения основных тактов по сравнению с результатами расчета стандартным методом, Поэтому был применен метод направленного перебора вариантов на ЭВМ. Искомой величиной является ДХ- величина коррекции основных тактов в различных условиях движения» Преимуществом использования ЭВМ, помимо удобства представления результатов, является учет целочисленности значений toi и ограничения на максимальную продолжительность за ҐПОХ держки на любом направлении - cLlL Кроме того, применение ЭВМ дает возможность непосредственного расчета сокращнния стоимости задержек ТС и пассажиров в течение часа где Д&і - изменение средней задержке ТС в I -той фазе регулирования в результате коррекции,
Алгоритм программы предусматривает первоначальный расчет параметров цикла в соответствии со стандартной методикой и определение средних задержек на отдельных направлениях, а также стоимостных показателей. Затем осуществляется направленный поиск значения дъ , минимизирующего F (4..4 . Годовое сокращение стоимости задержек дР вычисляется, исходя из допущения, что скорректированный режим действует только в часы пик и только в рабочие дни 6 часов в течении 250 дней в году)::
Для двухфазного цикла исследовались трк варианта коррекции: - увеличение toi за счет соответствующего удлинения цикла;. - увеличение отношения -— за счет сокращения ТІІ вследствие Гц Ч уменьшения toz г - сохранение исходной величины Тц и увеличение ZO f за счет соответствующего уменьшения "toz (А»9).
Расчеты показали, что при всех сочетаний исходных данных наиболее благоприятен третий вариант. Блок-схема программы выбора Дt в соответствии с третьим вариантом коррекции при двухфазном цикле представлена на рис.4.2. Распечатка программы приводится в Приложении 3.
Это объясняется тем, что для различных сочетаний коэффициентов стоимости ЗІ А BpzeKоптимальными являются различные правила корректировки. Если упорядочит номера фаз по убыванию значения коэффициента стоимости За.№рш ( 4 7с1г?Л) то можно выделить три основных, варианта: а] c6j ж 2. примерно равны между собой и каждый из них сущест венно больше, чем /з г б) сОі существенніг больше, чем J, » а о1г_ существенно больше, чем Л ; в} J,i существенно больше, чем 6 2. и d,$ , которые примерно равни Предварительные расчеты для трехфазного цикла показали, что из менение одного из тактов за счет другого эффективно только в том случае, как правило, когда коэффициенты стоимости задержек отличаются хотя бы в 1,5 раза.
Анализ скоростей свободного движения транспортных средств различных типов
Для ТС каждого типа характерна общая закономерность - рост скорости свободного движения по мере удаления полосы от тротуара. Наибольшее различие наблюдается на первой и второй полосе: для легковых автомобилей - около 14 км/ч, для грузовых - II—13 км/ч. В то же время для второй и третьей полосы эти различия составляют около 10 км/ч и около 7 км/ч (табл. 5.3). Столь существенные различия подтверждают необходимость учета места выделения спецполосы для СМПТ в расчетах, связанных с предварительной оценкой эффективности этого мероприятия.
По данным таблицы 5.3 следует констатировать заметные различия скоростей свободного движения ТС одного типа на полосах движения одинаково удаленных от тротуара на отдельных участках. Среднеквадратичес-кое отклонение разности скоростей свободного движения ТС разных типов на отдельных полосах от среднего значения по вс-е-м участкам (около 2,5 км/ч) и коэффициент вариации (50-80%) довольно велики (табл. 5.4). Это приводит к выводу о необходимости использования в расчетах, связанных с приоритетным пропуском данных, характеризующих конкретный участок.
Адекватность модели взаимодействия ТС на перегоне (п.З) проверяется на основе сопоставления расчетных и фактических скоростей сообщения ТС двух типов: легковых автомобилей и грузовых автомобилей средней грузоподъемности на 5 перегонах многополосных магистралей г . Москвы. Данные определяющие точные границы участков и их протяженность приведены в таблице 5.5. Места начала участков выбраны с учетом необходимости исключения влияния нерегулируемых пересечений и других мест стеснения движения. На всех участках, кроме участка Каширского шоссе нет светофорных объектов. Влияние светофорного объекта на этом участке было исключено, так как учитывались значения скоростей сообщения только тех ТО, которые проходили светофорный объект без снижения скорости в связи с действием запрещающего сигнала. Соответствующие номера ТС фиксировал третий наблюдатель.
Загрузка выбранных участков (табл. 5.5 J соответствует условиям, определяющим область применения модели, рассмотренной в. п.З. Исходными данными при расчете скоростей сообщение являются, скорости свободного движения ("табл. 5.3) и распределение интенсивности ТС разных типов по полосам движения на каждом из участков (табл. 5..6-5.10 J На участках Ленинградского иі Каширского шоссе четвертая полоса отделена линией разметки І.ІІ таким образом, что перестроение на эту полосу запрещено. Поэтому для этих участков было проведено сравнение расчетных и фактических скоростей сообщения ТС, двигавшихся только по первым трем полосам.
Результаты оценки точности расчета скоростей сообщения для всех участков представлены в табл. 5.II. Относительная ошибка расчета для скоростей легковых автомобилей составляет в среднем 4%, а -.: для скоростей грузовых автомобилей эта- величина в среднем равна 4,6$. Достаточно высокая, степень совпадения расчетных и действительных значений объясняется в первую очередь использованием в качестве исходных данных параметров, характеризующих конкретный перегон.
Выбор перегонов между ОП, на которых производилось сравнение среднеходовых скоростей СМПТ в период наибольшей; интенсивности движения ТС и в период ее спада, сделан с учетом необходимости оценки влияния длины перегона и наличия заездных ккрманов на ОП на величину разности указанных скоростей. Всего были исследованы скорости движения СМИТ на 20 перегонах, причем на 10 из них 0П имели заезд-ные карманы. Длина перегонов находилась в диапозоне от 230 до 560 м, то есть были представлены наиболее характерные для городских условий расстояния между 0П. Результаты исследования приведены в табл. 5.12 и 5.13. Сравнение данных этих таблиц позволяет сделать вывод, что при наличии: заездных карманов на7 0П интенсивность неприоритетных ТС в большей степени влияет на ходовую скорость СМПТ. В этом случае в период спада интенсивности при прочих равнозначных факторах скорость СМПТ увеличивается примерно на 7%, в то время как в отсутствие заездных карманов это увеличение составляет около 4%. Это можно объяснить тем, что при наличии карманов неприоритетные ТС создают двойные помехи для. СМИТ: при отъезде от 0П (при встраивании в транспортный поток) и в процессе движения по перегону.
Данные табл. 5.12 не позволяют отметить определенного влияния длины перегона при наличии заездных карманов. Это может быть связано с тем, что с увеличением длины перегона ослабевает влияние задержки при отъезде от 0П на итоговое, значение ходовой скорости, а влияние задержки в результате взаимодействия с неприоритетными ТС на перегоне: увеличивается, и в диапозоне изменения длины перегона от 230 до 490 м эти факторы практически уравновешиваются. При отсутствии заездных карманов влияние длины перегона, напротив, ощути--мо: для сравниетльно коротких перегонов (от 260-до 380 м )эффект увеличения скорости СМПТ менее велик (около 3% ), чем на5, более про-тяженных,Сот 42Q. доббОчм), где увеличение составляет примерно 4,5 .
