Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. существующие методы оценки безопасности движения на автомобильных дорогах по условию пропуска транспортных потоков 13
1.1 Состояние безопасности движения на автомобильных дорогах России 13
1.2 Существующие методы определения допустимой скорости свободного движения 22
1.3 Современные методы оценки безопасности дорожного движения и их соответствие пропуску транспортных потоков 26
1.4 Цель и задачи исследования 51
2 Экспериментальные исследования транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог и показателей транспортного потока 53
2.1 Методика проведения экспериментальных исследований.. 53
Определение законов распределения радиусов кривых в плане и ширины покрытия 53
2.2 Определение скорости свободного движения легковых автомобилей в различных дорожных условиях 71
2.2.1 Законы распределения скорости свободного движения автомобилей для вывода формул теории риска 71
2.2.2 Влияние дорожных условий на среднюю скорость свободного движения легковых автомобилей и смешанного состава 79
2.3 Определение скорости свободного движения автопоезда 82
при разъезде с различными типами транспортных средств 82
2.4 Определение плотности при заторе с учетом дорожных условий и состава движения 88
2.4.1 Законы распределения интервалов между однотипными транспортными средствами в движении и при заторе 88
2.4.2 Исследование плотности при заторе на кривых малого радиуса
2.5 Основные выводы по главе 103
3 Теоретические исследования проектирования автомобильных дорог с оценкой безопасности движения транспортных потоков 105
3.1 Оценка влияния дорожных условий на риск взаимодействия автомобилей в транспортном потоке 106
3.2 Обоснование обеспеченной скорости свободного движения легковых автомобилей на кривых в плане различных радиусов 111
3.3 Обоснование обеспеченной скорости свободного движения различных типов транспортных средств при разъезде их с автопоездами на заданной ширине покрытия 117
3.4 Алгоритм совместного применения теории риска и теории транспортных потоков для проектирования автомобильных дорог 127
3.4.1 Математическая модель теории транспортных потоков 127
с использованием теории риска 127
3.4.2 Разработка алгоритма взаимодействия автомобилей в потоке 140
при совместном использовании теории риска 140
и теории транспортных потоков 140
3.5 Основные выводы по главе 143
4 Рекомендации по повышению безопасности дорожных условий в проектах автомобильных дорог (по условию пропуска потоков автомобилей) 146
4.1 Рекомендации проектным организациям по проектированию автомобильных дорог с учетом взаимодействия автомобилей в транспортном потоке 146
4.1.1 Методика определения требуемого радиуса кривой в плане по условию пропуска транспортного потока 146
4.1.2 Методика определения требуемой ширины покрытия по условию пропуска транспортного потока 148
4.2 Рекомендации в нормативно-техническую литературу 148
4.3 Технико-экономическое обоснование применения результатов исследования для повышения эффективности и безопасности движения по условию пропуска транспортного потока 154
Основные выводы 163
Список литературы 166
- Существующие методы определения допустимой скорости свободного движения
- Определение скорости свободного движения легковых автомобилей в различных дорожных условиях
- Обоснование обеспеченной скорости свободного движения различных типов транспортных средств при разъезде их с автопоездами на заданной ширине покрытия
- Методика определения требуемой ширины покрытия по условию пропуска транспортного потока
Введение к работе
Актуальность. Тема работы является актуальной, так как в условиях роста интенсивности движения и загрузки автомобильных дорог проблема обеспечения безопасности дорожных условий должна решаться по критерию пропуска потоков автомобилей при наличии оценки риска взаимодействия автомобилей в транспортном потоке.
Дорожные условия являются одним из главных факторов в обеспечении безопасности на автомобильной дороге при всех уровнях удобства движения. По мнению отечественных и зарубежных ученых, доля дорожно-транспортных происшествий (ДТП) из-за плохих дорожных условий составляет от 18 до 45 %. Поэтому актуальной задачей является конкретная оценка риска возникновения ДТП по причине несовершенства дорожных условий. Для решения этой проблемы в диссертационной работе реализовано определение исходных данных в формулах теории транспортного потока по допустимой величине риска возникновения дорожно-транспортных происшествий, которая при проектировании автомобильных
дорог не должна превышать значения 1-Ю"4 (1 ДТП из 10 тыс. автомобилей, движущихся с расчетной скоростью).
Проектирование автомобильных дорог на основе совместного применения теории транспортных потоков и оценок риска входных параметров, как и риска взаимодействия автомобилей в транспортном потоке, позволяет устанавливать параметры автомобильных дорог, соответствующие величине допустимого риска возникновения ДТП, как при движении одиночных автомобилей, так и транспортных потоков различной интенсивности. Такая постановка вопроса в условиях роста числа ДТП и их тяжести, возникающих по причине несовершенства дорожных условий, является актуальной, так как позволяет при проектировании дорог устанавливать и снижать риск возникновения ДТП, вызванный некачественным проектированием и строительством автомобильной дороги.
Цель настоящей работы состоит в обеспечении безопасности дорожных условий по пропуску транспортных потоков с применением теории риска при проектировании двухполосных автомобильных дорог.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
установить возможность использования в качестве скоростей свободного движения таких скоростей, которые соответствуют величине допустимого риска на данном геометрическом элементе дороги;
-
установить экспериментально плотности при заторе транспортных средств в зависимости от состава движения и геометрических параметров автомобильных дорог (ширины покрытия, радиуса кривых в плане, величины и направления продольного уклона);
-
используя метод наименьших квадратов, получить эмпирические уравнения для определения плотности при заторе на кривых в плане и прямолинейных участках дорог с учетом величины и направления продольного уклона и зависимости между скоростью свободного движения и плотностью при заторе;
-
разработать методику оценки взаимодействия автомобилей в транспортном потоке на основе интервалов между движущимися автомобилями по величине риска наезда на впередиидущий автомобиль в зависимости от дорожных условий, интенсивности, состава и скорости движения потока автомобилей;
-
разработать рекомендации повышения безопасности дорожных условий на основе пропуска потоков автомобилей при различных значениях интенсивности и состава движения;
-
разработать методику проектирования автомобильных дорог и их геометрических элементов по условию пропуска потоков автомобилей на основе теории риска;
-
выполнить технико-экономическое обоснование эффективности проектных решений при проектировании автомобильных дорог из условия пропуска потоков автомобилей;
-
разработать рекомендации в нормативно-техническую литературу по совершенствованию геометрических параметров автомобильных дорог на основе пропуска потоков автомобилей.
Объектом исследования являются геометрические элементы автомобильных дорог и их параметры с позиции пропуска по ним транспортных потоков.
Предметом исследования являются методы анализа, оценки и уменьшения риска возникновения ДТП на проектируемых дорогах до допустимого значения риска, установленного технико-экономическими рас-чтами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– впервые разработаны методики определения исходных данных в математических моделях транспортных потоков, установленных по величине допустимого риска. В качестве основных исходных данных, зависящих от дорожных условий и величины допустимого риска, установлены скорости свободного движения и плотности при заторе;
– впервые разработаны методики, позволяющие определять риск взаимодействия автомобилей в различных дорожных условиях при заданных интенсивностях и составах движения;
– получены новые решения для оценки безопасности дорожных условий по критерию пропуска потоков автомобилей с заданным уровнем надежности;
– составлены математические модели для определения скорости и плотности движения транспортного потока при наличии пачек автомобилей, которые описывают самостоятельную ветвь в диаграммах транспортного потока;
– в качестве новизны исследований можно отметить более подробное описание основных диаграмм «интенсивность-скорость» и «интенсивность-плотность», в которых были выделены самостоятельные ветви и составлены дополнительные уравнения (математические модели) для определения скорости и плотности движения транспортного потока с учетом движения пачек автомобилей, а также скорость и плотность транспортного потока на момент рассасывания затора;
– разработаны математические модели для оценки скорости свободного движения автопоездов в момент их разъезда с различными типами транспортных средств (в зависимости от их длины);
– разработана методика проектирования автомобильных дорог по условию пропуска потоков автомобилей с допустимой величиной риска возникновения ДТП по причине несовершенства дорожных условий.
Достоверность результатов, проведенных исследований, выводов и рекомендаций обосновывается использованием методов оптимизации результатов натурных наблюдений и подтверждается математической строгостью применяемых методов теории риска, а также проверкой адекватности расчетных и экспериментальных данных.
Практическая значимость работы заключается в разработке и использовании при проектировании дорог методов оптимизации проектных решений по условию пропуска одиночных автомобилей и транспортных потоков с заданным уровнем безопасности движения (с допустимым риском взаимодействия автомобилей в транспортном потоке). Проектные решения участков автомобильных дорог, отвечающие названным условиям, соответствуют современной нормативной базе, основанной на приемлемом риске причинения вреда пользователям по причине несовершенства дорожных условий.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях: «Декада науки» и научно-методических семинарах кафедры «Транспортное строительство» СГТУ имени Гагарина Ю.А. (2012–2015 гг.); Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-25» У.М.Н.И.К, ММТТ-26 У.М.Н.И.К (г. Саратов, СГТУ имени Гагарина Ю.А., 24–26 апреля 2012, 2013 гг.),; II и III Международных научно-практических конференциях «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса (г. Новокузнецк, 29 ноября–1 декабря 2012 г., 28–30 ноября 2013 г.); II Всероссийской, Международной и II Международных научно-практических конференциях «Ресурсоэнерго-эффективные технологии в строительном комплексе региона» (г. Саратов,
СГТУ имени Гагарина Ю.А., апрель 2012, 2013, 2014 гг.); Международной научно-практической конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе» (г. Пермь, ПНИПУ, 25–26 апреля 2013 г.); Четырнадцатой Международной научной конференции «Новые идеи нового века – 2014» (г. Хабаровск, ФАД ТОГУ, 24 февраля–3 марта 2014 г.); Одиннадцатой Международной научно-практической конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (г. С.-Петербург, СПбГАСУ, 11 сентября 2014 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Вопросы развития транспортной инфраструктуры населенных пунктов» (г. Саратов, СГТУ имени Гагарина Ю.А., 15 июня 2015 г.); I Международной научно-практической конференции «Повышение надежности и безопасности транспортных сооружений и коммуникаций» (г. Саратов, СГТУ имени Гагарина Ю.А., 18–19 ноября 2015 г.).
Личный вклад в решение проблемы состоит в формулировке цели и задач, постановке и проведении экспериментальных и теоретических исследований, анализа полученных результатов и формулировании основных выводов.
На защиту выносятся:
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с целью установления законов распределения скорости свободного движения, ширины покрытия, радиусов кривых в плане, плотности при заторе, интервалов между автомобилями.
-
Результаты теоретических исследований, в ходе которых получена обеспеченная скорость свободного движения любого транспортного средства, определяемая по допустимому риску разъезда с автопоездом на различной ширине покрытия двухполосных дорог.
-
Результаты теоретических исследований, позволяющие определить скорость и плотность транспортного потока в зависимости от дорожных условий интенсивности и состава движения.
-
Математические модели, устанавливающие плотность при заторе на кривых в плане и прямолинейных участках дорог с учетом величины и направления продольного уклона.
-
Методика оценки взаимодействия автомобилей в транспортном потоке на основе интервалов между движущимися автомобилями по риску наезда на впередиидущий автомобиль в зависимости от дорожных условий, интенсивности, состава и скорости движения потока автомобилей.
-
Рекомендации по повышению безопасности дорожных условий на основе пропуска потоков автомобилей при различных значениях интенсивности и состава движения.
Публикации. По материалам исследований автором опубликовано 18 работ, из них 3 – в рецензируемых научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, четыре главы, основные выводы, список использованной литературы и приложения. Содержит 187 страниц текста, 36 рисунков, 35 таблиц. Список использованной литературы включает 148 наименований (из них 7 – на иностранных языках).
Существующие методы определения допустимой скорости свободного движения
В условиях высокой интенсивности движения большое значение приобретает оценка транспортно-эксплуатационных качеств дорог с позиции пропуска транспортных потоков.
Одним из важнейших показателей, характеризующих дорожное движение транспортного потока, является скорость. График изменения скорости может служить наиболее объективной характеристикой процесса движения автомобилей по дороге. Для оценки состояния безопасности движения на автомобильных дорогах необходимо получать данные об изменении скорости всех транспортных средств на протяжении всего маршрута движения, то есть непрерывно автоматически записывать скорости для каждого автомобиля и затем их обрабатывать. В настоящее время с развитием информационных технологий и внедрением автоматизированного сбора и обработки различных характеристик движения автомобилей возможно получение данных о скоростях для множества движущихся автомобилей. В крупных городах России внедряются программные комплексы интеллектуальных транспортных систем, с помощью которых скорости движения автомобилей устанавливаются автоматически.
При проектировании автомобильной дороги и ее реконструкции принято оценивать скорость движения транспортных средств мгновенными значениями, зафиксированными в отдельных типичных точках дороги [1, 8, 25, 71, 74, 107].
Водители используют максимально возможную скорость автомобиля лишь кратковременно и в исключительных случаях. Водитель стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости, исходя из двух главных критериев – минимально возможных затрат времени и обеспечения безопасности движения. Скорость транспортного потока может быть определена в зависимости от скорости свободного движения транспортных средств в конкретных дорожных условиях [12, 48, 49, 79-81, 143]. Считается, что скорость свободного движения обеспечивается, когда автомобили находятся друг от друга на расстоянии, на преодоление которого требуется не менее 8 секунд.
Расчет скоростей движения транспортных потоков позволяет решать важные технико-экономические задачи, включая вопросы выбора средств и методов организации дорожного движения и обеспечения его безопасности.
В формулах теории транспортного потока в качестве исходных данных, как правило, присутствуют средняя скорость свободного движения различных типов транспортных средств и плотность при заторе как легковых автомобилей, так и смешанного состава. Как показывают исследования ряда авторов [6, 13, 40, 58, 66, 67, 88, 95], данные характеристики транспортного потока в значительной степени зависят от дорожных условий, то есть геометрических параметров плана, продольного и поперечного профилей на участке дороги (см. рисунок 1.3). Все они оказывают существенное влияние на скорость свободного движения. Методы, учитывающие влияние дорожных условий на скорость свободного движения автомобилей, описаны в работах [6, 9, 10, 15, 18, 49, 59, 98-100]. Основным из этих методов является метод профессора В.В. Сильянова [81]. Профессор В.В. Сильянов устанавливает скорость свободного движения в зависимости от скорости легкового автомобиля с учетом состава транспортных средств, дорожных условий, как на исследуемом участке, так и на подходе к нему по формуле: VCB=T123-VJI, (1.1) где Tj, т2, т3 - соответственно коэффициенты, учитывающие влияние продольного уклона, транспортного потока и его состава, геометрических параметров дороги и мер по организации движения на скорость свободного движения [24, 81]; Гл - обеспеченная скорость легковых автомобилей в свободном потоке, км/ч. Средняя скорость движения транспортного потока определяется на отдельном элементе дороги при уровне загрузки 0,01 z 0,85. Для оценки скорости движения транспортного потока используется корреляционное уравнение: V v-r. T Vjj-ajj- -N, (1.2) где v - коэффициент, учитывающий средневзвешенное влияние состояния дорожного покрытия на скорость движения потока в зависимости от природно-климатических условий; т1, т2, т3 - то же, что в формуле (1.1); Ул - средняя скорость свободного движения легковых автомобилей на прямолинейном горизонтальном участке дороги, ширина проезжей части которого равна 7,5 м, краевые полосы по 0,75 м и укрепленные обочины шириной 3,5 м), Ул = 70 км/ч [81]; аЛ - коэффициент, учитывающий долю легковых автомобилей в составе транспортного потока; ka - коэффициент, учитывающий наличие дорожной разметки; N - интенсивность движения, авт./ч. Все перечисленные в формулах (1.1) и (1.2) коэффициенты определяют расчетом.
В методе профессора В.В. Сильянова необходимо использовать большое количество параметров, влияющих на скорость свободного движения. При описании метода подчеркивается, что параметры определяются экспериментально и затем берется их среднее значение. Для получения поправочного коэффициента перемножаются несколько параметров, поэтому точность получается низкой, а величина ошибки возрастает.
Аналогичный подход к определению скорости свободного движения применяют ряд других авторов [55, 58, 64, 130-132, 135-138]. Для решения задач технико-экономического проектирования дорог и организации дорожного движения с помощью этого метода оценивают скорости движения транспортных потоков по участкам с меняющимися дорожными условиями. В соответствии с ОДМ 218.6.009-2013 [63] определение средней скорости движения транспортного потока производят на каждом характерном участке дороги (на протяжении которого основные элементы, параметры и характеристики дороги остаются неизменными) и определяют значение фактически обеспеченной максимальной скорости движения, км/ч: УфтаХ=120-Киртс0г = 120-КП№, (1.3) где КПДі = Kиpтг - комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния дороги, который определяют по линейному графику оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги.
Определение скорости свободного движения легковых автомобилей в различных дорожных условиях
Коэффициент вариации (относительный показатель) применяют не только для сравнительной оценки вариации, но и для характеристики однородности совокупности. Для распределений, близких к нормальному, совокупность считается однородной, если коэффициент вариации не превышает 0,33. Доверительный интервал нормально распределенной величины по выборочной средней Аср, заданный с надежностью у, определяют по формуле: _t?± a A+t?±, (2.5) где Аср - среднее значение величины измеряемого параметра; аА - исправленное среднеквадратическое отклонение измеряемого параметра; ty = t(y,ri) точность оценки находят по статистической таблице (см. приложение 3 [26]), у надежность и и объем выборки. При у = 0,95 ty = 1,96.
Учитывая случайный характер влияния дорожных условий на возникновение ДТП, теория риска рассматривает каждый параметр автомобильной дороги как вероятностную характеристику. Для применения теории риска необходимо знать закон распределения исследуемых параметров дорог. Нормальное или гауссовское распределение широко используется во многих областях знаний и прикладных исследованиях. Многие параметры физических величин, вне зависимости от их природы, подчиняются такому распределению.
С целью установления фактических параметров распределения радиусов кривых в плане, скорости свободного движения автомобиля и ширины покрытия выполнены натурные наблюдения на дорогах.
Криволинейные участки автомобильных дорог являются наиболее аварийно-опасными участками. Согласно статистическим данным, опубликованным Управлением дорог США в 2006 г., из 38588 аварий с гибелью людей (погибшие в этих авариях составляли 42642 человека) примерно 27 % аварий произошли на криволинейных участках автомобильных дорог. Из них 70 % – это опрокидывание и 11 % – лобовое столкновение [147]. То есть из 38,5 тысяч аварий 10,5 тысяч происходят на кривых и из них 8,5 тысяч – это лобовое столкновение и опрокидывание в пределах кривых в плане. Подобные исследования в нашей стране показывают примерно такие же результаты: в статистических данных, опубликованных ГИБДД [37], нет данных об аварийности на криволинейных участках, но выделены «столкновения и опрокидывания», которая за январь–август 2015 года составляют в Российской Федерации 51,6 %, в Саратовской области – 56,3 %, (см. таблицу. 2.1).
Причинами аварий на кривых в плане являются неправильно выбранная водителем допустимая скорость из условия устойчивости автомобиля на кривой данного радиуса, величина радиуса кривой, качество строительства кривой, отсутствие уклона виража. Риск попасть в ДТП на кривой в плане зависит также от типа и технического состояния автомобиля, степени сцепления колес с поверхностью дороги, расстояния видимости поверхности дороги, наличия дорожной разметки, состояния обочин, наличия и правильной установки дорожных знаков. Для принятия правильных проектных решений и уменьшения количества аварий необходимо определить закономерности движения транспорт 57 ных потоков на кривых в плане и отклонение фактических значений радиусов кривых от проектных значений.
Для определения величины фактических радиусов кривых в плане провели измерения на автомобильных дорогах Саратовской области. Как известно, через любые три точки можно провести дугу окружности, поэтому значения радиусов кривой устанавливаем по трем точкам. В связи с уширением покрытия дороги на закруглении измерения проводим по внешней стороне покрытия, чтобы не завышать радиус. При некачественном строительстве эта вершина кривой в плане изменяет своё положение (плавает) и может оказаться на другой стороне закругления даже тогда, когда предыдущая, средняя и последующая ординаты изменяются на одну точку. Применяя методы математической статистики, проверяются на аномальность и выбраковываются радиусы, приближающиеся к бесконечности.
Круговую кривую разбивают на ряд дуг произвольной длины, точки сопряжения которых, расположенные на внешней кромке покрытия, закрепляют колышками, сторожками и оформляют привязки их к местности или к створным точкам. Измеряют длины (L i ) полученных хорд и оформляют абрис разбивоч-ных работ с нанесением на нём измеренных длин хорд произвольной длины. Приступают к определению радиусов в пределах каждой выделенной дуги закругления. В результате натурных измерений получают число радиусов, необходимое для статистических расчётов. Измерения проводим так, чтобы одна измеренная ордината была отложена от середины хорды (/), рисунок 2.1. Для этого измеренную хорду \L) разделим пополам и обе половины хорды разделим на одинаковое число интервалов. На хорде произвольной длины \L) ординаты \yt ) расположены через равные отрезки (do).
Пример расчета радиуса одной кривой по формуле (2.6) представлен в таблице 2.2. При вычислении средних значений радиусов кривых в плане необходимо производить отбраковку некоторых радиусов, значительно отличающихся от значений основной совокупности. Выбраковку анормальных радиусов выполняют методами математической статистики.
Проводим статистическую обработку полученных радиусов круговой кривой с выбраковкой анормальных радиусов. Определяем максимальное значение радиуса Rmax = 2130 м, минимальное - Rmin = 35 м. Полученный диапазон разбиваем на разряды с шагом 100 м и считаем частоту, с которой радиус встречается в каждом разряде, результаты представлены в таблице 2.3.
В результате получаем, что основная масса радиусов (97 из 100) попала в разряды с первого по тринадцатый, три радиуса попали в разряды 18, 21 и 22 (радиусы, равные 2130; 2012 и 1751,5 м, отстоят от большинства значений на значительном удалении – их выбраковываем, как радиусы, равные бесконечности). Проверке на аномальность подлежат 2 радиуса, равные 1114,9 и 1245,8 м, удалённые от основной совокупности радиусов.
Обоснование обеспеченной скорости свободного движения различных типов транспортных средств при разъезде их с автопоездами на заданной ширине покрытия
В современных условиях, когда увеличился поток автомобилей с высокими техническими скоростями (начиная с 2006 г., почти все выпускаемые легковые автомобили способны развивать скорость более 150 км/ч), одним из факторов безопасности является проектирование геометрических параметров автомобильных дорог по величине допустимого риска [101, 122, 139].
Влияние дорожных условий на среднюю скорость свободного движения анализировалось в работах [6, 16, 48, 49, 55, 78-83, 100, 103]. Экспериментально установленные скорости свободного движения описаны различными уравнениями, которые хорошо согласуются с экспериментальными данными. Некоторые из них обобщены и взяты за основу в нормативные документы при проектировании автомобильных дорог [61].
В данной работе приводятся результаты экспериментальных исследований (см. таблицу 2.12), выполненных на девяти участках дорог, на каждом из которых измерения проводились в один и тот же день недели в одно и то же время с 10 до 16 часов по 3 серии испытаний. Количество измерений проводили в соответствии с требованиями математической статистики. При анализе этих результатов видно, что значения средних скоростей свободного движения отличаются на 1
Проектирование автомобильных дорог по риску 1-Ю"4 обосновано рядом авторов [15, 89, 95, 96, 101, 102, 112], и скорость в конкретных дорожных условиях, соответствующую риску МО"4, будем считать скоростью свободного движения. На скорость свободного движения влияют не только дорожные условия, но и характеристики автомобиля, состояние его узлов и агрегатов, психофизио 80 логические особенности водителя и другие факторы (см. рисунок 1.3). Поэтому приходим к выводу, что определять скорость свободного движения, измеряя ее на дороге, нецелесообразно.
Измерения выполнены на перегоне и на участке вблизи населенного пункта, расположенного на некотором удалении (150-200 м) от автомобильной дороги общего пользования. При этом были учтены все требования математической статистики. Расчеты выполнены в программе Microsoft Excel по формулам (2.1), (2.2).
На рисунке 2.5 показаны плотности распределения скоростей f (V)для трех выборок вблизи населенного пункта и для двух выборок на перегоне. Разброс скоростей движения, как на перегоне, так и на участке, находящемся вблизи населенного пункта, показывает, что измеренные скорости движения несколько отличаются друг от друга. При использовании этих значений в качестве скоростей свободного движения установленная расчетом скорость транспортного потока будет иметь значительный разброс. Это сказывается на оценке скорости движения транспортного потока, установленного на основе математических моделей VNn =f{VСВ). Поэтому скорость свободного движения рекомендуем устанавливать с учетом допустимого риска возникновения ДТП в данных дорожных условиях, включая и такие условия, как наличие населенного пункта, расположенного на некотором расстоянии от загородной дороги.
На кривых с радиусом 30 -=- 50 м экспериментальные результаты измерений скоростей свободного движения совпадают с данными, полученными с использованием теории риска. На радиусах более 50 м и тем более на прямолинейных участках результаты измерений значительно отличаются. Вывод: скорость свободного движения - случайная величина. Скорость движения легкового автомобиля, как и других транспортных средств, может иметь различные значения в зависимости от неучтенных факторов (к которым относятся: психофизиологические особенности водителей; их состояние; транс-портно-эксплуатационные качества автомобилей, участвующих в эксперименте, и другие, показанные на рисунке 1.3).
Если значение скорости свободного движения легкового автомобиля принимать экспериментально, то при оценке пропускной способности и скорости транспортного потока по соответствующим математическим моделям можно получить разный результат на одном и том же участке дороги. Поэтому в данной работе рекомендуем устанавливать скорости свободного движения по величине допустимого риска.
Скорость свободного движения различных типов транспортных средств необходимо устанавливать по риску возникновения ДТП, равному 110-4, а среднюю скорость свободного движения транспортного потока с учетом средних скоростей транспортных средств смешанного состава. Среднюю скорость свободного движения транспортного потока, соответствующую данному риску, определяем по формуле:
Одним из основных параметров, применяемых в качестве исходных данных в математической модели транспортного потока, является скорость свобод 83 ного движения различных типов транспортных средств. Как было показано в п. 2.2, скорость свободного движения легковых автомобилей и других типов транспортных средств не может быть однозначно установлена по данным натурных наблюдений, так как значения этих скоростей, получаемые с использованием методов математической статистики, отличаются от 1 до 13,13 %. В связи с этим было принято решение устанавливать скорость свободного движения легковых автомобилей при проектировании автомобильных дорог по допустимой величине риска. Как было показано в работах [104, 112], допустимая величина риска устанавливается с учетом дорожных условий при движении автомобилей с расчетной скоростью и соответствует значению 110-4.
Основываясь на анализе, изложенном в первой главе, основным риском возникновения ДТП, по которому устанавливают значение допустимой скорости различных типов транспортных средств при встрече их с автопоездом, является риск разъезда автопоезда с расчетным автомобилем на прямолинейном участке и на кривых в плане большого радиуса двухполосных дорог. Для практического применения данного подхода при проектировании автомобильных дорог к математическим моделям теории риска, необходимо выполнить анализ момент разъезда с различными типами транспортных средств.
При анализе скоростей движения автопоездов будем учитывать деление транспортных средств по длине, среднее значение которой дано в таблице 2.13.
При реализации данного подхода на двухполосной автомобильной дороге в момент разъезда двух транспортных средств, одним из которых является автопоезд, фиксировались типы ТС, разъезжающихся с автопоездом, скорости движения и тип автопоездов (средний, тяжелый, особо тяжелый, предельно тяжелый). Наблюдения за скоростями движения проводили на перегонах, в пределах которых ширина покрытия соответствует требованиям нормативов и составляет 7, 8 и 9 м. В качестве эталонных условий были выбраны: горизонтальные, прямолинейные участки автомобильной дороги длиной 100 м (8 участков); с чистым, ровным и шероховатым покрытием. Измерения скорости движения авто 84 поезда выполняли в сухую безветренную погоду при температуре 18–24 0C с видимостью на дороге более 750 м. Неблагоприятные дорожные условия, включая кривые в плане, участки пересечений, подъемов и спусков отсутствовали.
Методика определения требуемой ширины покрытия по условию пропуска транспортного потока
Предложенные в диссертационной работе математические модели позволяют вести проектирование двухполосных автомобильных дорог по условию пропуска потоков автомобилей [см. п. 3.2 и 3.3]. В третьей главе последовательно представлены методики проектирования двухполосных дорог в пределах кривых в плане с малыми и средними радиусами, а также на прямолинейных горизонтальных участках, включая кривые большого радиуса.
В рекомендациях рассмотрим методики проектирования кривых в плане и ширины покрытия, включающие описанные в п. 4.1.1 и 4.1.2 блок-схемы (см. рисунок 3.7 и 3.12).
Требуемую величину радиуса кривой в плане устанавливаем по величине допустимого риска МО"4 по следующему алгоритму: - в первом приближении принимаем радиус в соответствии с рельефом местности и требуемым в нормированном документе значением радиуса; - на кривой с принятым радиусом (RПР) определяем риск потери устойчивости (гпуст) легкового автомобиля [см. формулу (1.40)], движущегося с расчетной скоростью (V ); - сравниваем величину допустимого риска (гдоп) с установленным риском (гп.уст.); - при гпуст гдоп принимаем радиус, соответствующий безопасности движения автомобилей; при гп.уст. гдоп увеличиваем радиус; - на нормированном или увеличенном радиусе кривой в плане определяем обеспеченные скорости движения для других групп (типов) автомобилей (VСВ ( )), соответствующие риску 1-Ю"4, по блок-схеме, представленной на рисунке 3.7; - при VСВ(i) Vтехн(i) (где Vтехн(t) - максимально возможная скорость данного типа автомобиля) принимаем установленные значения скорости (VСВ(i)) в качестве обоснованного значения; при VСВ(i) Vтехн(i) в расчет принимаем Vтехн(1); - по формуле (2.17) устанавливаем средневзвешенную скорость свободного движения по кривой с обоснованным значением радиуса; - по одной из формул (2.29)-(2.32) в зависимости от величины радиуса определяем расчетную плотность легковых автомобилей; - по формуле (1.13) определяем плотность при заторе смешанного состава на кривой установленного радиуса; - по методике, описанной в п. 3.4.2 (см. рисунок 3.20), устанавливаем все характеристики и параметры движущегося транспортного потока с заданными в проекте интенсивностью (7V) и составом движения [скорость и плотность движения по формулам (3.9), (3.10); интервалы между движущимися транспортными средствами (,) по формулам (1.8), (1.18); риск наезда сзади (риск взаимодействия автомобилей) в транспортном потоке по формуле (1.7)]; - при гнаезд гдоп проектирование кривой в плане по условию пропуска потока автомобилей закончено; при гнаезд гдоп в зависимости от геометрии дороги необходимо выполнить: 148 на участке затяжного подъема проектируется дополнительная полоса на подъем (проектируется по этой же методике) для про пуска по ней грузовых автомобилей; на всей проектируемой дороге или ее отдельных участках при гнаезд гдоп снижают риск взаимодействия автомобилей путем уве личения числа полос движения в обе стороны или только в дан ном направлении движения, то есть возможно изменение катего рии дороги. Однако в этом случае следует выполнить дополни тельно технико-экономическое обоснование, описанное в п. 4.3.
Требуемую величину ширины покрытия, установленную по величине допустимого риска МО"4, определяем по следующему алгоритму: - в первом приближении принимаем ширину покрытия двухполосных дорог, соответствующую нормативному значению [84] (ширина полос движения, ширина краевых полос безопасности), но не менее; - на принятой ширине покрытия (ВПР) определяем риск разъезда (граз) легкового автомобиля и автопоезда при движении легкового автомобиля с расчетной скоростью, а автопоезда - по одной из формул (см. таблицу 2.15); - сравниваем величину допустимого риска (гдоп) с установленным риском при разъезде (граз) на нормативной ширине покрытия; - при граз гдоп принимаем величину ширины покрытия, соответствующей безопасности разъезда легкового автомобиля с автопоездом; при граз гдоп необходимо увеличить ширину покрытия (по сравнению с нормативной на такое значение уширения, при котором граз будет равнятьсягдоп); - на этой же ширине покрытия определяем обеспеченные скорости движения (VСВ ( )), соответствующие риску 1-Ю 4, при разъезде всех типов ТС с автопоездом по методике, описанной в п. 3.4, блок-схема представлена на рисун-ке 3.11; - при VСВ(i) Vтехн(i) принимаем установленные значения скорости (VСВ(i)) в качестве обоснованного значения; при VСВ(i) Vтехн(i) в расчет принимаем "техн(і) ; - по формуле (2.17) устанавливаем средневзвешенную скорость свободного движения различных типов автомобилей при разъезде автомобилей с автопоездом на обоснованной ширине покрытия; - по одной из формул (2.29)-(2.32) в зависимости от величины радиуса устанавливаем расчетную плотность легковых автомобилей, на прямолинейном участке принимаем q0 ЗАТ = 110 авт./км; - по формуле (1.13) на прямолинейном участке устанавливаем плотность при заторе ( ЯЗАТ ) смешанного состава на нормированной ширине покрытия (с учетом уклонов и радиуса кривой); - по методике, описанной в п. 3.3 (см. рисунок 3.12), устанавливаем все характеристики и параметры движущегося транспортного потока с заданными в проекте интенсивностями (N) и составом движения [скорость и плотность движения по формулам (3.9), (3.10); интервалы ( г) между движущимися транспортными средствами по формулам (1.18), (1.8); риск наезда сзади (риск взаимодействия автомобилей) в транспортном потоке по формуле (1.7)]; - при гнаезд гдоп проектирование кривой в плане по условию пропуска потока автомобилей закончено; при гнаезд гдоп необходимо переходить к проек тированию многополосной проезжей части. Изложенный в п. 4.1.1 и 4.1.2 материал является базовым при использовании алгоритмов, показанных на рисунках блок-схем 3.7, 3.11, 3.21.