Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние пропускной способности улично-дорожной сети (УДС) и методы её оценки . 9
1.1 Транспортная сеть и проблемы её перегруженности . 9
1.2 Основные подходы к оценке пропускной способности УДС . 11
1.2.1 Оценка пропускной способности на основе плотности УДС 12
1.2.2 Оценка пропускной способности на основе емкости УДС 14
1.2.3 Оценка пропускной способности УДС на основе теории графов 15
1.2.4 Методики расчёта пропускной способности перегона городских 17
магистралей
1.3 Цель и задачи исследования. 29
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования взаимодействия транспортных потоков с городскими дорогами 30
2.1 Транспортно-эксплуатационные характеристики городских магистралей 30
2.2 Исследование скорости транспортного потока на городских магистралях 35
2.3 Законы распределения скорости транспортных потоков 38
2.4 Влияние состояния дорожного покрытия на скорость транспортного потока. 42
2.5 Оценка пропускной способности перегонов и перекрёстков городских магистралей 45
2.6 Основные выводы по главе 2 51
ГЛАВА 3 Теоретические исследования по повышению пропускной способности УДС
3.1 Особенности формирования городских транспортных потоков 52
3.2 Закономерности изменения скорости транспортного потока на перегонах УДС . 56
3.3 Режимы движения на перегонах 1-го типа 60
3.4 Режимы движения на перегонах 2, 3, 4-го типа 64
3.5 Методика расчёта минимальной длины перегона магистралей . 66
3.6 Методика расчета скорости сообщения . 68
3.7 Методика расчёта пропускной способности перегона городских магистралей в условиях плотных транспортных потоков 71
3.8 Основные выводы по главе 3 73
ГЛАВА 4 Рекомендации по повышению пропускной способности на основе оценки взаимодействия транспортных потоков с городскими магистралями 75
4.1 Мероприятия по оптимизации скоростного режима движения 75
4.2 Определение расчётной скорости движения на участке координированного движения по принципу «зеленая волна» (КРЗВ)
4.3 Рекомендации по обоснованию мероприятий по повышению пропускной способности городских магистралей
4.4 Экономическая эффективность мероприятий по оптимизации скоростного режима транспортных потоков .
4.5 Основные выводы по главе 4 99
Общие выводы 100
Список литературы 102
- Основные подходы к оценке пропускной способности УДС
- Исследование скорости транспортного потока на городских магистралях
- Закономерности изменения скорости транспортного потока на перегонах УДС
- Определение расчётной скорости движения на участке координированного движения по принципу «зеленая волна» (КРЗВ)
Основные подходы к оценке пропускной способности УДС
Оценка пропускной способности отдельных элементов УДС (перегонов, пересечений и развязок различных типов) получила общепринятую терминологию, а методы расчетов освещены в специальной литературе и соответствующих нормативных документах [11, 27, 28, 34, 45, 51, 64, 70, 78, 80].
Сам термин «пропускная способность УДС» давно и широко используется как градостроителями, так и транспортниками, но при этом до сих пор нет его единого определения. Разное понимание пропускной способности сети привело к принципиально различающимся моделям количественной оценки.
Для отечественной градостроительной практики характерно использование нормативных показателей плотности УДС в сочетании с определенными ориентировочными значениями пропускной способности магистральных улиц разных категорий [10, 17, 30, 31]. Одни специалисты-градостроители пытались сформулировать количественную оценку пропускной способности УДС на основе показателя ее плотности [17, 30]. Предполагалось, что соблюдение нормативных значений плотности УДС по 12 зволяет обеспечить достаточную пропускную способность. Сторонники другого подхода стали использовать показатель емкости УДС — максимальное количество транспортных средств, которое может находиться на рассматриваемой территории [31, 88].
Специалисты по организации дорожного движения (ОДД) определяют пропускную способность отдельных элементов УДС. При этом чаще всего под пропускной способностью какого-либо элемента УДС понимается максимально возможная интенсивность движения. Исчерпание пропускной способности связано с появлением затора, когда пропуск транспорта осуществляется с задержками значительно большими, чем длительность одного светофорного цикла [23] или разрешающей фазы [6].
В руководстве HCM 2000 [87] под пропускной способностью понимается «максимально устойчивая интенсивность движения, при которой транспортный или пешеходный поток пересекает определенное сечение дороги при конкретном режиме регулирования, геометрических особенностях пересечения и других специфических условиях движения».
Для специалистов в области ОДД характерен интерес к применению различных транспортных моделей, позволяющих оценивать коэффициент загрузки движением и прогнозировать возникновение заторов. Также, существует направление оценки пропускной способности на основе теории графов, когда пропускная способность сети рассматривается как задача определения минимального разреза сети [22, 89, 90].
Достаточно долго для отечественной градостроительной практики было характерно использование нормативных показателей плотности УДС в сочетании с определенными ориентировочными значениями пропускной способности магистральных улиц разных категорий. Подразумевалось, что соблюдение нормативных значений плотности УДС позволяет обеспечить достаточную пропускную способность.
Определение оптимальной плотности сети городских магистралей представляет противоречивую задачу. С точки зрения уменьшения времени подхода к жилью и другим местам тяготения желательно иметь как можно более высокую плотность путей сообщения. Однако чем выше плотность дорожной сети, тем чаще пересечения дорог, которые приводят к задержкам транспортных средств и ДТП. Высокая плотность дорожной сети приводит к снижению скоростей сообщения, что противоречит интересам населения и приводит предельным значениям скорости сообщения 30—40 км/ч [64].
СНиП II-60—75 [72] и руководство по проектированию городских улиц и дорог [64] рекомендовали средний показатель плотности принимать равным 2,2— 2,4 км/км2. При этом в расчетах в составе комплексных транспортных схем (КТС) и проектов детальной планировки (ПДП) в зависимости от категорий магистральных улиц и дорог ориентировались на средние значения пропускной способности магистральных улиц 1200—1500 приведенных ед./ч. Эти показатели могут быть увеличены до 3—4 км/км2 в центральных зонах городов или уменьшены до 1,5—2 км/км2 на городской периферии [64, 72].
Исследованиями для установления связи между показателями плотности и пропускной способности занимались М. Г. Крестмейн, Д. Р. Гришкявичене и др. Так, для центров городов М. Г. Крестмейном [30] предложен относительный показатель пропускной способности , являющийся отношением входной мощности магистралей N (приведенных авт./ч) к площади центральной части города S (га)
По результатам исследований городов Краснодарского края и республик Северного Кавказа относительный показатель пропускной способности X был в диапазоне 15—32 авт./ч на 1 га, а рекомендуемые значения составили 15—30 авт./ч на 1 га.
Исследование скорости транспортного потока на городских магистралях
В результате проведённого анализа дорожно—транспорных условий установленно, что обследуемая сеть г. Волгограда характеризуется: - малой длиной перегона (перегоны до 500 м составляют более 60 % городских магистралей); - плотными транспортными потоками (интенсивность движения на 3-х и 4-х полосных магистралях превышает 2000 приведенных ед.); - преимущественным движением легкового трансопорта (71 % перегонов имеют в составе потока более 80 % легкового транспорта); - преимущественно двухфазным светофорным регулированием перекрестков с долей разрешающего такта 0,48—0,6.
Для выявления влияния данных факторов на пропускную способность городских магистралей выполнены исследования скоростных режимов транспортных потоков. Исследование скорости транспортного потока на городских магистралях
Исследование режимов движения проводилось в 2006 г. с помощью ходовой лаборатории, оборудованной видеокамерой и бортовым компьютером. Бортовой компьютер позволял фиксировать мгновенную скорость, время и путь движения, а также продолжительность движения. Видеосъемка позволила определить интенсивность, состав движения, геометрические характеристики проезжей части и динамический габарит на момент проведения обследования.
Исследования проводились методом «плавающего автомобиля», т. е. движущегося со скоростью, присущей основной массе транспортных средств в потоке [84, 45, 55]. Типичным примером использования этого метода является исследование пространственной характеристики скорости движения на протяжении магистрали [55]. Скорость фиксировалась через каждые 10 с.
Для изменения скорости различных типов автомобилей (грузовых, маршрутных, автобусов и т. д.) легковой автомобиль (или автомобиль-лаборатория) двигался вслед за одиночным автомобилем на минимальном безопасном расстоянии (метод следования за лидером). функция доверительной вероятности («коэффициент Стьюдента»); — среднеквадратическое отклонение (дисперсия); — допустимая предельная погрешность измерений.
Количество наблюдений в сечении стоп - линии перекрёстка (при доверительной вероятности 95% и погрешности измерения 5 км/ч и среднеквадратическом отклонении v = 16,90) по формуле (2.1) равно 45. Количество наблюдений в сечении перегона при тех же данных и среднеквадратическом отклонении v =10,20 по формуле (2.1) равно 17.
Каждый из 25 перегонов обследовался 35 раз в прямом и в обратном направлении в течение рабочего дня с 7:30 до 21:00. Количество проведённых наблюдений было значительно больше, чем рекомендуемые 5 [84] или 8—12 заездов [55], что позволило установить изменение скорости потока на различных полосах движения и перегонах различной длины, а также выявить появление часа пик.
При построении графика изменения скорости транспортного потока (ГИСТП) наносился план перегона с ситуацией. Графики изменения скорости транспортного потока на участках различной длины и полосности приведены в приложении Б и В. По таким графикам возможно: а) выявить дорожно-транспортные факторы, влияющие на скорость транспорт ного потока; б) оценить среднюю скорость и продолжительность проезда перегона в усло виях плотных транспортных потоков.
Установлено, что максимальная скорость движения на перегонах при коэффициенте загрузки 0,6—0,8 изменяется от 29 до 80 км/ч, в отдельных случаях превышает разрешённую скорость 60 км/ч. Скорость сообщения на 30—60 % ниже максимальной, что объясняется влиянием регулируемых перекрёстков. Задержки у регулируемых перекрёстков составляют 20—40 % времени проезда согласно таблице 2.3, что существенно влияет на скоростной режим движения транспортных потоков. Таблица 2.3 — Скорость транспортного потока на городских магистралях
Для разработки мероприятий по повышению пропускной способности на основе оценки взаимодействия транспортных потоков с городскими дорогами необходимо установить законы распределения скоростей движения. В результате обработки данных построены гистограммы распределения скорости потока на перегоне УДС г. Волгограда длиной 1012 м перегон по пр. Жукова от ул. Каспийской до ул. Джаныбеков-ской в сечении перекрестка, в сечении перегона и посередине зоны влияния перекрестка (приложение Г).
Закономерности изменения скорости транспортного потока на перегонах УДС
Выполненные диссертантом исследования скорости транспортных потоков при коэффициенте загрузки перекрёстка 0—0,6 согласуются с данными, полученными Е.М. Лобановым (1960—1970 гг.) [35], но только вблизи стоп - линии перекрёстка. При удалении от перекрёстка более чем на 200 м данные разнятся. Данные исследований Д. В. Оськина (2006) [49] показывают, что скорость в зоне перекрёстков находится в переделах 60—75 км/ч, что также характерно для участков с низкой интенсивностью движения. В настоящее время согласно рисунку 3.1 в условиях плотных транспортных потоков в зоне влияния регулируемых пересечений наблюдаются более низкие скорости потока в пределах 15—60 км/ч. Перепады скорости транспортного потока в результате комплексного влияния различных дорожно-транспортных условий учитывает скорость сообщения. Это один из видов средней скорости движения [32].
Скорость сообщения показывает среднюю скорость на данном маршруте или перегоне с учетом задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне, железнодорожных переездов или взаимным влиянием автомобилей в потоке. Скорость сообщения определяется как отношение расстояния между точками сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения) [46]
К средним скоростям движения относят также техническую скорость и эксплуатационную скорость. Однако такие показатели в основном применяют при планировании или разработке мероприятий в области перевозок. Техническая скорость Vт или среднетехническая — это средняя скорость движения по маршруту без учета простоев на промежуточных и конечных остановочных пунктах и задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне или другими факторами [32, 63].
Скорость сообщения зачастую ошибочно называют эксплуатационной. Эксплуатационная скорость определяется как отношение длины маршрута к времени рейса [58] или времени нахождения автомобиля на линии [76]. В отличие от неё скорость сообщения определяется отношением длины маршрута (или перегона) ко времени сообщения [55].
По мере выявления участков значительного снижения скорости транспортных потоков, разрабатываются мероприятия по оптимизации скоростного режима движения. Расчеты выполняются в следующей последовательности: - создание графа УДС; - определение характеристик транспортных потоков, планировочных параметров УДС и параметров светофорного регулирования; расчёт коэффициентов загрузки в сечении перекрёстков и в середине перего нов;
Установлены закономерности изменения скорости транспортного потока в зависимости от длины перегона Lп и коэффициента загрузки перекрёстков в зоне разгона и торможения Zр , Zт . Тип перегона определяется в зависимости от выполнения условий обеспечения минимальной длины перегона Lmin и достаточной пропускной способности перекрёстков согласно рисункам 3.2, 3.3 и таблица 3.2.
Условие длины перегона Условие коэффициента загрузки перекрестков Максимальная скорость транспортного потока на перегоне Тип перегона Для перегонов любой длины Zр1, Zт1 установившаяся скорость Vус _ пер 4-й тип
На основе исследований автором выделены четыре типа перегонов УДС. 1-й тип перегонов характеризуется наличием участка с постоянной скоростью транспортного потока в середине перегона. Наблюдается на длинных перегонах более 760—1450 м согласно рисунку 3.3, а. Максимальная скорость на перегоне Vус max более 50 км/ч. 2-й тип перегонов характеризуется наложением зон влияния смежных перекрестков. Участок с установившейся скоростью движения транспортного потока отсутствует. Наблюдается на коротких перегонах менее 760—1450 м при достаточной пропускной способности перекрестков согласно рисунку 3.3, б. Максимальная скорость Vус_ пер более 40 км/ч.
3-й тип перегонов характеризуется доминирующим влиянием одного из перекрёстков с низкой пропускной способностью. Наблюдается на коротких перегонах менее 760—1450 м. Наблюдается, когда затор, образовавшийся в зоне торможения, распространяется на весь перегон. Зона разгона при этом очень мала согласно рисунку 3.3, в. Максимальная скорость Vус_ пер более 40 км/ч.
4-й тип перегонов характеризуется отсутствием чётко выраженных зон изменения скорости потока. Наблюдается на перегонах любой длины, работающих в режиме затора. Максимальная скорость транспортного потока на перегоне Vус_ пер не более 30— 40 км/ч согласно рисунку 3.3, г.
По результатам эксперимента выявлены три зоны изменения скорости транспортного потока на перегонах между регулируемыми перекрестками: зона разгона после перекрестка, зона торможения до перекрестка и зона установившейся скорости согласно рисунку 3.4, что согласуется с [54].
Основные зоны изменения скорости транспортного потока. Пропускная способность магистралей на участке постоянной установившейся скорости максимальна, поскольку в этой зоне регулируемые перекрестки не оказывают влияние на движение транспортного потока. При разработке мероприятий по повышению пропускной способности магистральной УДС необходимо создать условия для плавного движения в зоне перекрёстков, что позволит сократить зоны разгона и торможения и повысить скорость сообщения.
Режимы движения на перегонах 1-го типа Условия для движения автомобилей в середине перегона и в зоне влияния перекрёстка различные согласно рисунку 3.3, а. В середине перегона длинных участков перекрёстки не оказывают влияние на скорость транспортного потока, поэтому скорость в заданных дорожно-транспортных условиях максимальная.
Исследования показывают, что при коэффициенте загрузки 0,6—0,8 максимальная установившаяся скорость потока на длинных перегонах достигает 80 км/ч. Установившаяся максимальная скорость транспортного потока определяется в зависимости от длины перегона согласно рисунку 3.5 (множественный коэффициент кор реляции R2=0,81):
Определение расчётной скорости движения на участке координированного движения по принципу «зеленая волна» (КРЗВ)
«Зеленая волна» (ЗВ) — один из видов координированного регулирования (КР) [2]. КРЗВ называется согласованная работа ряда светофорных объектов с целью сокращения задержки транспортных средств [34]. Принцип координации заключается во включении на последующем перекрестке по отношению к предыдущему зеленого сигнала с некоторым сдвигом. Таким образом, транспортные средства следуют по магистрали как бы по расписанию, прибывая к очередному светофорному объекту в момент, когда на нем в данном направлении движения включается зеленый сигнал. Это обеспечивает уменьшение числа неоправданных остановок и торможений в потоке. При движении на участке действия КРЗВ увеличивается скорость проезда перекрестка, а следовательно, и его пропускная способность [2].
КРЗВ невозможно осуществить без использования автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД), представляющих собой комплекс технических средств, реализующий определенные технологические алгоритмы управления транспортными потоками.
КРЗВ относится к сетевым методам управления дорожным движением согласно классификации представленной на рисунке 4.4, поскольку применяется на нескольких перекрестках, обычно связанных в единую сеть, характеризующуюся высокой интенсивностью движения транспортных средств между соседними перекрестками и небольшими (до 600...700 м) расстояниями между ними [54].
По временному критерию КРЗВ может быть, реализующим управление дорожным движением по прогнозу (программным, жестким), или действующим в реальном времени (адаптивным) [54].
Исходными данными для проектирования являются планы улиц и дорог, состав и размеры движения транспортных средств по часам суток в различных направлениях по каждому из перекрестков, схемы существующей организации движения транс 81 портных средств по каждому из перекрестков, размещение пешеходных переходов и размеры пешеходного движения на них.
Наиболее просто организовать КРЗВ на дорогах с односторонним движением. График КРЗВ плотной группы транспортных средств (пачки) на таких дорогах приведен на рисунке 4.5.
При проектировании КРЗВ предъявляются следующие требования [29]: а) максимизация пропускной способности светофорного объекта; б) длительность ожидания пешеходами разрешающего сигнала не должна пре вышать 40 с; в) длина ленты безостановочного движения не менее 0,3 Гц; г) длительность красного сигнала во всех фазах всех светофорных объектов должна быть достаточной для пересечения пешеходами проезжей части; д) скорость потока от 35 до 60 км/ч; е) длина перегона должна быть не менее 800 м [29], наиболее оптимально
График координированного регулирования светофорными объектами на дороге с односторонним движением: I, II, III, IV, V — порядковый номер перекрестков; S12 — расстояние между стоп—линиями перекрестков; tЛБД — ширина ленты безостановочного движения; ts21 — сдвиги включения зеленого сигнала на перекрестке II по отношению к перекрестку I; tопр32 — опережение включения зеленого сигнала на перекрестке III; tизб43 — избыточное время на перекрестке IV; 1—4 — внепачковые автомобили Расчет параметров КРЗВ выполняется в следующей последовательности [29]:
1. Расчет светофорных циклов.
На основе исходных данных интенсивности, количества полос движения и планировки пересечений рассчитывают режимы регулирования для всех светофорных объектов. За единый расчетный цикл регулирования для магистрали принимают максимальный из всех светофорных объектов.
2. Определение длительности ленты безостановочного движения. Шириной ленты времени называется период, в течение которого происходит безостановочное движение транспортных средств через все перекрестки. Сущест 83 вующие методики расчета КРЗВ рекомендует длительность ЛБД принимать не менее 0,3 Гц [54, 29, 66].
3. Определение расчётной скорости движения по зелёной волне Vзв.
При отсутствии данных о режимах транспортных потоков скорость движения при КРЗВ Vзв должна устанавливаться с учетом состава движения. При её выборе необходимо исходить из данных натурных наблюдений. Ориентировочно расчетные скорости движения в дневное время могут приниматься: для широких улиц с преобладающим движением легковых автомобилей — 55 км/ч (при наличии резерва пропускной способности не менее 20 %); для улиц со смешанным двухрядным движением (при наличии незначительного резерва пропускной способности) — 40 км/ч; для улиц со смешанным двухрядным движением и значительным пешеходным движением — 30 км/ч [29].
4. Построение графика координированного регулирования.
Наиболее простой метод построения программ координации — графоаналитический. Сущность метода заключается в построении графика путь - время, который выполняют в системе прямоугольных координат в масштабе, который выбирают произвольно и который зависит от длины магистрали и числа светофорных объектов. По горизонтальной оси откладывают значения времени в секундах, по вертикальной оси — значения пути в метрах [41].
