Введение к работе
з
Актуальность темы исследования. В настоящее время транспортно-эксплуатационное состояние значительной части автомобильных дорог не отвечает нормативным требованиям. Несоблюдение межремонтных сроков привело к высокой степени износа, следствием чего является недостаточная прочность дорожного покрытия и несоответствие параметров дорог интенсивности и безопасности движения. Целевыми программами развития автомобильных дорог регионов на 2012-2014 гг. предусмотрены значительные объемы ремонта, восстановления дорожных сетей в муниципальных районах и повышение удельного веса дорог с твердым покрытием. Качество выполнения этих работ зависит от применяемых инновационных технологий, материалов, современных машин и механизмов, информационно-аналитических методов и средств измерения геометрических и эксплуатационных параметров на всех стадиях реализации проекта. Существующая система их определения базируется на измерениях средних значений, в частности радиусов кривых без учета их вариаций. В ряде случаев это приводит к превышению допустимых значений центробежного ускорения автомобиля, повышенным динамическим нагрузкам, и в конечном итоге - к снижению безопасности дорожного движения.
Прямые и косвенные (интегральные) методы определения ровности покрытия автомобильных дорог приборами контроля ровности и сцепления (ПКРС), толчкомерами, их модификациями и др. не обеспечивают объективной и надежной оценки, включая международный индекс ровности (IRI), из-за влияния на точность различных факторов, присущих конкретному техническому средству и методу измерения.
В последнее время в дорожном комплексе широкое применение находят методы геоинформационных технологий на основе спутниковой навигации. До сегодняшнего дня эти разработки носят локальный характер.
Степень разработанности темы. Научные аспекты диссертационного исследования формировались на основе изучения и анализа работ отечественных и зарубежных ученых ведущих научно-исследовательских и проектных институтов, высших учебных заведений, разработчиков аппаратно-программных комплексов по измерению параметров автомобильных дорог.
Определение и прогнозирование транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог исследовались О.В. Андреевым, Д.А. Скоробогатченко, А.Д. Соловчуком. В.К Апестиным разрабатывались методы оптимизации межремонтных
сроков службы дорожных одежд и покрытий. Теоретические проблемы реконструкции автомобильных дорог, переустройства земляного полотна и дорожных одежд изучались В.М. Могилевичем, В.К. Некрасовым. Большой вклад в совершенствование методов проектирования, проектно-ориентированного управления производством работ, исследование дорожных условий, повышение транспортно-эксплуатапионных качеств автомобильных дорог, эксплуатацию, безопасность движения внесли: В.Ф. Бабков, Т.В. Боброва, А.П. Васильев, О.А. Красиков, В.В. Сильянов, А.М. Стрижевский, Ю.М. Яковлев. Оценкой неровностей аэродромных покрытий по средним значениям и среднеквадратическим отклонениям занимались Ю.Д. Роев и Н.Е. Кузовихин. В.В. Столяровым развито научное направление оценки рисков движения автомобилей от качества автомобильных дорог. Проблемам разработки технических средств и способов оценки прочности, ровности и сцепления дорожных покрытий посвящены работы Ю.В. Кузнецова. Значительный вклад в развитие методов диагностики и оценки транспортно-эксплуатапионного состояния автомобильных дорог внес В.К. Пашкин.
Проблемам безопасности посвящены работы зарубежных ученых Т. Андерсена (Дания), Н. Линда (Чехия), Р. Эльвика и др.
В последние годы развивались методы автоматизации измерения и обработки геометрических параметров автомобильных дорог. Среди авторов - Т.М. Александриди, Ю.Ю. Исаев. Использованию ГИС-технологий в жизненном цикле автомобильных дорог посвящены работы В.Н. Бойкова. В.В. Щербаковым разработана методология определения геометрических параметров автомобильных дорог на основе координатного способа с использованием систем спутниковой навигации. Настоящая работа посвящена решению отдельных задач в рамках этой проблемы.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является достижение полноты и повышение достоверности оценки технического состояния автомобильных дорог за счет совершенствования методов и технических средств определения геометрических и эксплуатационных параметров автомобильных дорог на базе координатного способа.
Для достижения намеченной цели поставлены следующие задачи: - доказать эффективность вероятностно-статистического подхода к определению геометрических и эксплуатационных параметров автомобильных дорог на базе координатного способа с учетом стохастического характера значений радиуса горизонтальных кривых, коэффициента сцепления, ровности покрытия и модуля упругости дорожной одежды;
установить методом факторного эксперимента по результатам измерений параметров автомобильных дорог зоны допустимых значений ровности покрытия, коэффициента сцепления и модуля упругости дорожной одежды и предложить методику определения зон допустимых значений параметров автомобильных дорог, обеспечивающих эффективность и безопасность дорожного движения;
оценить надежность аппаратно-программного комплекса диагностики автомобильных дорог на основе спутниковой навигации;
уточнить методики определения геометрических и эксплуатационных параметров в части использования глобальных навигационных спутниковых систем, вероятностно-статистического подхода к обработке информации при паспортизации и диагностике автомобильных дорог и выполнить их тестирование.
Объектом исследования является транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог.
Предмет исследования - методы и методики определения технико-эксплуатационного качества автомобильных дорог.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
предложен метод учета стохастического характера колебаний значений радиусов кривых в плане, коэффициента сцепления, ровности покрытия и модуля упругости дорожных одежд, позволяющий оценить организационно-технологическую надежность и риски выхода параметров за допустимые пределы, установленные нормативными документами;
-
уточнена формула расчета коэффициента поперечной силы, основанная на установленной вероятностной закономерности влияния на поперечную силу случайных отклонений радиусов горизонтальных кривых и уклонов виража от их средних значений;
-
впервые с применением теории нечетких множеств установлены зоны обеспечения качества состояния автомобильных дорог по ровности покрытия, модулю упругости дорожных одежд, коэффициенту сцепления, а также зоны их совместного влияния на безопасность дорожного движения;
-
выполнена оценка надежности аппаратно-программного комплекса диагностики автомобильных дорог на основе спутниковой навигации;
-
предложена методика определения геометрических параметров автомобильных дорог на основе координатного способа с использованием спутниковой навигации, учитывающая стохастический характер значений радиуса горизонтальных кривых, ровности покрытия, и впервые выполнено их тестирование.
Теоретическая и практическая значимость. Выполненное исследование
вносит научный вклад в теорию эксплуатации автомобильных дорог, расширяет знания в области методов и технических средств определения геометрических и эксплуатационных параметров, повышает полноту и достоверность оценки технико-эксплуатационного состояния автомобильных дорог.
Разработанная методика определения геометрических и эксплуатационных параметров автомобильных дорог для оценки технического состояния внедрена в производственную деятельность ПСУ «Территориальное управление автомобильных дорог Новосибирской области», ОАО «Новосибирскавтодор» и в учебную деятельность ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения».
Методология и методы исследования. Методологической основой исследования явились системный подход к оценке технического состояния автомобильных дорог, теория надежности к оценке эффективности аппаратно-программных комплексов измерений параметров, теория ошибок к достоверности, теория вероятностей и математическая статистика к обработке результатов измерений, математические методы моделирования и сравнительного анализа к оценке степени соответствия геометрических параметров проектным и нормативным значениям. Информационными источниками исследований явились инструкции и нормативные документы (ГОСТ 30413-96, ГОСТ 30412-96, ГОСТ Р 52398-2005, ГОСТ Р 52399-2005, ГОСТ Р 50597-93, СНиП 2.05.02-85, СНиП 3.06.03-85, ВСН 18-89, ВСН 24-88, ВСН 1-83, ВСН 25-86, ОДН 218.0.006-2002 и др.) по определению параметров автомобильных дорог.
Положения, выносимые на защиту:
1) вероятностно-статистический подход к оценке влияния на качество
автомобильных дорог колебания значений радиусов кривых в плане и уклона виража
относительно их средних значений, коэффициента сцепления, ровности покрытия и
модуля упругости дорожной одежды;
-
факторный эксперимент определения зон обеспечения качества состояния автомобильных дорог по ровности покрытия, модулю упругости дорожной одежды, коэффициенту сцепления, а также зоны их совместного влияния на безопасность дорожного движения позволяет повысить достоверность оценки фактического состояния автомобильных дорог и обоснованность принятия решений по целесообразности их ремонтов;
-
методика определения геометрических параметров автомобильных дорог на основе координатного способа с использованием спутниковой навигации с учетом стохастического характера значений радиуса кривых в плане, коэффициента
сцепления, ровности покрытия и модуля упругости дорожной одежды.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность выполненного диссертационного исследования подтверждена:
корректным применением основных положений фундаментальных и прикладных наук, в том числе теории вероятностей, математической статистики, факторного анализа, надежности;
комплексным использованием известных теоретических и эмпирических методов определения геометрических и эксплуатационных параметров автомобильных дорог, оценкой достоверности и репрезентативности статистических данных;
метрологическим обеспечением экспериментальных исследований при определении ровности покрытия автомобильных дорог с применением спутниковых технологий.
Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на:
Международном геодезическом конгрессе «ГЕО-Сибирь-2006», г. Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г.;
научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века», г. Новосибирск, 26-27 октября 2006 г.;
научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века», г. Новосибирск, 29 октября-2 ноября 2007 г.;
Международном геодезическом конгрессе «ГЕО-Сибирь-2008», г. Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.;
Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании -2011», г. Одесса, 20-27 декабря 2011 г.;
Международной научно-практической конференции «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе», посвященной 80-летию Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск, 29-30 ноября 2012 г.;
объединенном научном семинаре кафедр ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения», г. Новосибирск, 2013 г.
Личный вклад автора заключается в разработке методов определения геометрических и эксплуатационных параметров автомобильных дорог; обработке статистических данных и выявлении вероятностной закономерности влияния случайных колебаний значений радиусов кривых в плане и уклонов виража от их
средних значений на суммарную силу, стремящуюся сдвинуть автомобиль с дороги (поперечную силу); установлении зон обеспечения качества состояния автомобильных дорог по ровности покрытия, модулю упругости дорожных одежд, коэффициенту сцепления, а также зон их совместного влияния на безопасность дорожного движения; оценке надежности аппаратно-программных комплексов на основе спутниковой навигации, а также внедрении разработанной методики в производственные организации.
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 9 печатных работах общим объемом 2,93 п.л. (в т.ч. авт. 1,67 п.л.), включая 3 публикации объемом 1,00 п.л. (в т.ч. авт. 0,44 п.л.) в ведущих периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 125 наименования, и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 163 страницы печатного текста. Работа содержит 60 рисунков и 32 таблицы.
