Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Учет неблагоприятных природно-климатических факторов при проектировании и эксплуатации автомобильных дорог. Цель и задачи исследования .
1.1. Анализ существующих методов учета влияния неблагоприятных природно-климатических факторов при проектировании и эксплуатации автомобильных дорог 7
1.2. Влияние неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологическое состояние водителя
1.3. Методы изучения процесса восприятия водителем дорожных условий при воздействии неблагоприятных природно-климатических факторов 25
Цели и задачи 37
Глава 2. Особенности проектирования и эксплуатации автомобильных дорог Сахалинской области .
2.1. Характеристика особенностей климатических условий с точки зрения возникновения неблагоприятных природно-климатических факторов 38
2.2. Особенности проектирования плана и продольного профиля автомобильных дорог с учетом дорожно-климатического районирования Сахалина 50
2.3. Разработка методики проведения исследований по учету воздействия неблагоприятных природно-климатических факторов при проектировании и эксплуатации автомобильной дороги 59
Глава 3. Исследование влияния неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологическое состояние водителя и восприятие им дорожной обстановки .
3.1. Характеристика неблагоприятных природно-климатических факторов для условий Сахалинской области 67
3.2. Солнечное ослепление .
3.2.1. Учет психофизиологического состояния водителя при восприятии дорожной обстановки в условиях солнечного ослепления 71
3.2.2. Исследование интенсивности солнечного ослепления при различном сочетании плана и продольного профиля дороги 79
3.2.3. Анализ влияния силы солнечного света на скорость движения и расстояние видимости 84
3.3. Туман.
3.3.1. Изменение психофизиологического состояния водителя в условиях тумана 87
3.3.2. Исследование влияния тумана на обеспеченность расчетной скорости 89
Выводы по главе 3 92
Глава 4. Совершенствование норм и методов проектирования дорог с учетом солнечного ослепления .
4.1. Принципы выбора азимута трассы 93
4.2. Требования к продольному уклону 107
4.3. Оценка и пути улучшения восприятия дорожных условий и согласование с ландшафтом местности Ю9
Глава 5. Рекомендации по снижению влияния неблагоприятных природно-климатических факторов на транспортно-эксплуатационное состояние автомобильной дороги .
5.1. Мероприятия по изменению характера солнечного ослепления водителей на опасных участках архитектурно-эксплуатационными мероприятиями 113
5.2. Повышение безопасности дорожного движения техническими средствами организации движения 117
5.3. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемых мероприятий 120
Выводы по главе 5 119
Збщие выводы по диссертации 130
Список литературы 131
- Влияние неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологическое состояние водителя
- Особенности проектирования плана и продольного профиля автомобильных дорог с учетом дорожно-климатического районирования Сахалина
- Солнечное ослепление
- Требования к продольному уклону
Введение к работе
Проблема обеспечения безопасности движения, всегда существовавшая в дорожном строительстве, в последнее время стала особенно острой из-за роста интенсивности движения на дорогах и увеличения в транспортном потоке доли легковых автомобилей, значительно усложняющих процесс движения смешанного транспортного потока на дорогах.
Для современных условий движения на автомобильных дорогах можно выделить три группы факторов, определяющих безопасность движения: технические, погодно-климатические и психологические. Исследования этих факторов проводятся уже много лет, что привело к созданию достаточно совершенных методов назначения элементов плана, продольного и поперечного профилей дороги. Но некоторые участки дорог не соответствуют требованиям безопасного скоростного движения, так как при проектировании автомобильных дорог часто используют временные и кратковременные факторы. Недооценка мер, направленных на предупреждение и нейтрализацию отрицательного воздействия этих факторов, в первую очередь природно-климатических, приводит к росту затрат на содержание автомобильных дорог.
С ростом технического совершенства автомобилей и увеличением скоростей и интенсивности движения все больше сказывается ограниченность наших знаний относительно влияния неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологическое состояние водителя. При проектировании действительно безопасных дорог уже недостаточно знаний отдельных функциональных характеристик водителя и окружающей среды, необходимо полностью представлять весь процесс восприятия водителем дорожной обстановки с учетом кратковременных факторов.
Основными мероприятиями по предупреждению отрицательного воздействия климата при проектировании дорог являются трассирование; выбор параметров продольного и поперечного профилей земляного полотна и юрожной одежды; проектирование снего- и ветрозащитных насаждений и юоружений. При этом в расчет берутся метеорологические элементы: гололед, летель, осадки в виде дождя и снега, ветер и туман. Такой фактор как солнечное ослепление при проектировании дорог не учитывается, так как он геляется природным, и для его учета нет соответствующей методики.
Методика выбора и назначения плана и продольного профиля с учетом неблагоприятных природно-климатических факторов должна учитывать накопленный опыт по ландшафтному проектированию и оптическому грассированию дорог. Необходимость применения этих методов при проектировании дорог общепризнанно, но в настоящее время имеются трудности, основные из которых - отсутствие теоретического обоснования и количественных характеристик по целому ряду рекомендаций. Эти обоснования без знания психофизиологических законов восприятия водителя и их изменений в условиях действия маловероятных факторов выполнить невозможно. При этом важно знание не только общих психологических закономерностей восприятия водителя, но и частных, характерных только для определенных условий труда, которые может выявить лишь исследования в этих условиях.
Согласно официальной статистике 75 % ДТП в России происходит по вине водителей, а 12 % из-за неблагоприятных дорожных условий, включающих природно-климатические факторы, поэтому повышение безопасности дорожного движения связано с решением проблемы надежной работы водителя при воздействии отрицательных факторов окружающей среды. С целью уменьшения отрицательного воздействия этих факторов в период эксплуатации разработаны рекомендации, которые применяются дорожными организациями в зависимости от вида погодно-климатических условий и продолжительности воздействия отрицательных факторов. Основным является комплекс мероприятий по зимнему содержанию дороги, включающий защиту дорог от снежных отложений, заносов и лавин, их очистку от снега, борьбу с зимней скользкостью и наледями.
Мероприятия по обеспечению безопасного движения с расчетной скоростью при воздействии неблагоприятных природно-климатических факторов на водителя, в полном объеме не разработаны.
В настоящее время при отрицательном воздействии неблагоприятных факторов на водителя рекомендуется снизить скорость движения или остановиться до прекращения действия этих факторов. Такие рекомендации не соответствуют требованиям к потребительским свойствам дороги, позволяющим снижать скорость движения в сложных условиях не более чем на 50 %.
Для исследования влияния неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологию водителя в реальных условиях были выбраны участки автомобильных дорог Сахалинской области с асфальтобетонным покрытием. На выбор района исследований повлияли характерные особенности климатических условий: годовой приход прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность при ясном небе (134-144 ккал/см2), что является наибольшим в Дальневосточном регионе. Число часов солнечного сияния (1900-2480) и годовое число ясных дней (85-105), что так же является одним из наибольших в ДВ регионе; количество дней с туманами на Сахалине составляют до 60 дней в году.
Влияние неблагоприятных природно-климатических факторов на психофизиологическое состояние водителя
При проектировании дорог оценка влияния каждого неблагоприятного природно-климатического фактора состоит в том, чтобы обоснованно выбрать расчетную схему, установить механизм и физический смысл воздействия этого фактора на режим движения, дать количественные зависимости, позволяющие определить максимальную скорость расчетного автомобиля в анализируемых условиях.
Изменение климатических условий значительно изменяет дорожную обстановку, влияя на состояние дороги и психофизиологию водителя. Маловероятные факторы снижают коэффициент сцепления и ограничивают расстояние видимость. Для определения влияния маловероятных природных факторов на водителя и дорожные условия необходимо разработать методики, которые должны базироваться на анализе модели взаимодействия системы ВАДС(рис. 1.1).
Для Сахалинской области данные климатические факторы необходимо учитывать, так как они хоть и кратковременные, но являются часто повторяющимися и значительно влияют на транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильной дороги.В дни с проявлением маловероятных факторов значительно снижается пропускная способность автомобильных дорог и экономика региона несет значительные потери. Из-за этих факторов годовое значение простоев для Сахалина составляет около 116 дней.
Наибольшее воздействие неблагоприятных природно-климатических факторов на режим движения оказывается через восприятие водителем состояния поверхности дороги и на саму дорогу. Соответственно можно выделить две группы показателей качества поверхности дороги, важные для цвижения:- четкость очертания элементов дороги, различие их внешнего вида;- коэффициенты сцепления и сопротивления качению.
В период действия неблагоприятных факторов движение по дороге сложняется т. к. ухудшаются сцепные качества покрытия, изменяются очертания и внешний вид покрытия, ухудшается восприятие дороги из-за юлнечного ослепления, снижается видимость в периоды туманов, ухудшаются жсплуатационно-технические качества автомобиля и прежде всего систем уддбства и безопасности движения.
Основными параметрами зрительного восприятия водителем объектов являются расстояние видимости и относительный яркостный контраст, который является функцией метеорологической дальностью видимости.
Управляя автомобилем, водитель ориентируется по предметам, расположенным параллельно траектории движения автомобиля, таким, как край проезжей части, ряды придорожных насаждений и т. п. Эти естественные ориентиры усиливаются искусственными, например, дорожной разметкой. Водитель, оценивая ориентиры, естественные и искусственные строит в своем сознании как бы направляющий коридор по которому он ориентирует движение автомобиля.
Дорога оказывает направляющее действие на водителя, вызывая у него своеобразную инерцию выбора направления движения, оказавшуюся достаточно мощным средством воздействия на выбираемый водителем режим движения. Таким образом, дорожная разметка должна как бы подсказывать водителю направление и режим дальнейшего движения.
Любое воздействие на водителя в зависимости от его интенсивности вызывает различные затраты времени и энергии на его восприятие, переработку и принятие решения. В ответ на воздействия дорожных условий в организме человека развивается система функциональных сдвигов, имеющих важное значение для работы водителя: повышается утомляемость и время реакции, снижается скорость переработки информации. В целом это воздействие можно выразить через информационную загрузку и энергозатраты водителя.
В табл. 1.2 приведены маловероятные факторы, которые необходимо учитывать при назначении параметров и характеристик на стадии проектирования дорог Сахалинской области. Из таблицы видно, что задача детального учета этих факторов сложна из-за вероятности появления, интенсивности и длительности.
Один из главных показателей - расчетная скорость. Значения расчетных скоростей принимают в зависимости от категории дороги без учета движения при воздействии маловероятных факторов. Проверка параметров дорог на обеспеченность расчетной скорости при этих факторах не проводится. Такое положение приводит к тому, что даже на дорогах, построенных с нормативными требованиями, не могут быть реализованы скоростные возможности в течение всего года. АЛ. Васильевым предложено под расчетной скоростью понимать максимально возможную по динамическим характеристикам автомобиля, а также по условиям его взаимодействия с дорогой и максимально допустимую по условиям безопасности скорость одиночных расчетных автомобилей в эталонных условиях погоды и сцепление колес с покрытием.
С учетом сформулированного определения эталонных условий движения, эталонного состояния дороги и эталонных климатических условий А.П. Васильевым разработан метод оценки совместного влияния параметров и состояния дорог, а также климатических факторов на режим движения автомобилей. Метод заключается в сравнении максимальной скорости расчетного автомобиля в данных условиях движения г)ф max с расчетной скоростью и р = 1)Э max Их отношение названо ноэффифиентом обеспеченности расчетной скорости
Таким образом, коэффициент обеспеченности расчетной скорости показывает ее долю, гарантированную по требованиям безопасного и удобного движения в реальных дорожных и климатических условиях.
Данный метод позволяет определить влияние каждого маловероятного фактора в отдельности {ХЇ) на скорость движения, которая оценивается частным коэффициентом обеспеченности расчетной скорости KP.CXi
Воздействие маловероятных факторов можно разделить на простые и сложные. Воздействие солнечного ослепления можно считать простым, т. к. оно воздействует на один фактор - на восприятие водителем дорожной обстановки. Воздействие тумана считается сложным в связи с тем, что он одновременно воздействует на органы чувств водителя и сцепные качества дороги.Максимально допустимая или безопасная скорость
Особенности проектирования плана и продольного профиля автомобильных дорог с учетом дорожно-климатического районирования Сахалина
Большинство нормативных документов прямо или косвенно ориентированы на категорию дороги, которая назначается на основании обеспечения пропуска автомобильного транспорта заданной интенсивности движения. Предельная нормативная интенсивность является главным классификационным признаком при присвоении дороге категории. Климатические условия проложения трассы при проектировании дороги мало учитываются.
Увеличение транспортных нагрузок и объемов грузооборота обусловливают необходимость проведения значительных объемов работ по строительству и реконструкции сети автомобильных дорог области. Одним из важнейших условий успешного решения технических и организационных задач при этом является необходимость правильного понимания и учета региональных особенностей проектирования и строительства автомобильных дорог.
На территории Сахалинской области дороги с усовершенствованными типами покрытия составляют 83 % от общей протяженности сети дорог. Это, в основном, дороги, тяготеющие к областному центру. Протяженность дорог с покрытиями переходного типа составляет в настоящее время 17%.
Перспективы экономического развития области напрямую связаны с уровнем развития и состоянием сети автомобильных дорог. При этом уровень технических возможностей современных транспортных средств определяет необходимость увеличения грузоподъемности и средней скорости движения. Складывается явное противоречие между устаревающей конструкцией дорог и необходимостью увеличения их пропускной способности при одновременном росте удельной нагрузки на колесо автомобиля.
Проектирование дорог должно учитывать, что существенную часть года климат не соответствует предусмотренным в нормах проектирования. Основным фактором, определяющим региональные особенности проектирования и строительства автомобильных дорог области следует отнести климатические условия региона.
Значительный рост интенсивности движения, изменение состава потока в сторону увеличения доли легкового, т.е. высокоскоростного, транспорта при низкой пропускной способности и высоком уровне загрузки дороги движением привели к резкому росту аварийности. На территории Сахалина более третипротяженности автомобильных дорог составляют опасные и очень опасные участки.
Анализ плотности сети автомобильных дорог России показывает, что в среднем по Российской Федерации приходится 33,6 км. на 1000 кв. км территории. Для Сахалина этот показатель ниже и составляет 24,9 км. на 1000 кв. км территории. При сравнительно небольшой, всего в 26 % разнице в плотности, дороги Сахалинской области отличаются значительным отсутствием дорог с капитальным покрытием.
Дороги с усовершенствованными типами покрытия Сахалинской области составляют 83 % от общей протяженности сети дорог. Это, в основном, дороги, тяготеющие к областному центру. Протяженность дорог с покрытиями переходного типа составляет в настоящее время 17 %.
Из 2168 км протяжения дорог общего пользования области 1813 км или 84 % имеют твердое покрытие в т.ч. с асфальтобетоном 433 км.
Ширина земляного полотна этих дорог не более 10 - 12 м, проезжая часть с гравийным покрытием имеет ширину преимущественно до 6 - 8 м, продольный профиль в большинстве случаев выполнен по обертывающей. Высота земляного полотна, преимущественно, не превышает 0,3 - 0,5 м. Более высокие насыпи устраиваются на заболоченных поймах рек и подходах к искусственным сооружениям. Только на вновь построенных и реконструируемых участках земляное полотно выполняется в насыпях высотой до 1,0 м и более. Строительство новых автомобильных дорог более высокой категории ведется, в основном, по направлениям существующих дорог низших категорий. Производится реконструкция старых дорог с переходными типами покрытий, а также их ремонт. При этом не всегда уделяется должное внимание особенностям природно-климатических и грунтовых условий региона.
Солнечное ослепление
Прием и переработка информации водителем сопровождаются эмоциональными сдвигами в его организме. При этом величина эмоционального напряжения определяется потребностью в решении задачи, возникшей перед водителем, в связи с той или иной дорожной ситуацией. Значительное влияние на эмоциональное напряжение водителя оказывают закономерности поступления элементов различных типов в поле зрения водителя. Эти закономерности определяют, в частности, степень неопределенности, а следовательно, и количество новой информации, которое водитель должен переработать для осуществления маневра.
Главной причиной, ограничивающей видимости при туманах, является водность. При водности больше 0,8 г/м наблюдается сильный туман с видимостью менее 50 м., при воодности 0,4 - 0,8 г/м видимость в тумане составляет 50 - 500 м., а при водности меньше 0,4 г/м" наблюдается слабый туман.
Продолжительность туманов зависит от плотности: чем выше плотность тумана, тем менее продолжителен туман. Продолжительность туманов большойплотности с видимостью менее 200 м. невелика, но движение в эти часы значительно затрудненно.
Исследования параметров видимости при нормальной прозрачности и в туманах (табл. 3.10). При обработке экспериментальных данных учитывались некоторые психофизиологические особенности восприятия. Согласно известному закону Фехнера, интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула, поэтому рассматривался логарифм видимости, являющийся мерой зрительного ощущения, с которым интенсивность восприятия объектов связана линейно.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что в условиях тумана у водителя возрастает частота пульса на 15 - 39 ударов в минуту. Опрос после экспериментов выявил закономерность, которая заключается в том, что водители концентрируют внимание на двух точках в поле зрения, на максимально возможном расстоянии МДВ по ходу движения и на краевой полосе движения.
Анализ полученных результатов позволил подразделить туманы в зависимости от плотности по уровню психического напряжения (табл. 3.11).Эмоциональное напряжение в основном связано с уменьшением расстояния видимости. При среднем тумане с метеорологическим расстоянием видимости менее 200 м. у водителя наступает эмоциональная перегрузка, которая вызвана не только малым расстоянием видимости, но и отсутствием информации о дорожной обстановке и условиях движения.
В транспортной системе основным источником информации для водителя служит дорога и дорожное обустройство. Воспринимая органами чувств (в первую очередь, зрением) дорожную обстановку, водитель назначает режимдвижения автомобиля. Сопоставляя затем характеристики этого режима и дорожной обстановки, водитель получает дополнительную информацию о возможности безопасного проезда и в случае необходимости, вносит коррективы в назначенный режим движения.
С целью установления влияния метеорологической дальности видимости (МДВ) на транспортно-эксплуатационные показатели дороги были проведены наблюдения за режимами движения автомобилей. Данные наблюдений (табл. 3.12) показывают, что скорости движения, возрастая с увеличением фактической МДВ, практически стабилизируются при расстоянии видимости свыше 600 - 700 метров. При видимости менее 250 м. многие водители превышают безопасную скорость движения.
Эксперимент, проведенный в туманах различной плотности, показал, что по сравнению с расчетными условиями метеорологическая дальность видимости может подать в 3 - 5 раз и приближаться к предельному значению.
Наблюдения показали, что в условиях недостаточной видимости возрастают расстояния безопасности между движущимися автомобилями. Таким образом, сокращение метеорологической видимости приводит к снижению скоростей движения пропускной способности (табл. 3.13).
Во всех случаях заметное снижение скоростей движения наблюдается при расстоянии видимости менее 600 м. При одинаковом расстоянии видимости скорость движения в тумане ниже, чем скорость на участках с ограниченной геометрической видимостью для легковых автомобилей на 15 - 30%. Однако нельзя сравнивать ограничение видимости, вызванное геометрическими параметрами дороги, с МДВ. Если геометрические ограничения видимости распространяются на небольшие участки дороги и не вызывают значительных эмоциональных перегрузок. При недостаточной МДВ скорость приходится снижать на большом протяжении дороги не только из-за ограничения видимости, но и в связи со значительными эмоциональными перегрузками и ухудшением состояния покрытия.
Эффективных способов борьбы с туманами пока нет в связи с чем дорожным организациям в своей практике необходимо использовать известные методы по уменьшению дорожной аварийности.
Требования к продольному уклону
Требования, предъявляемые к продольному уклону автомобильной дороги, связаны с обеспечением расчетной скорости, удобства и безопасности движения, экономичности строительства и эксплуатации дороги.
Применение того или иного уклона при проектировании представляет технико-экономическую задачу, так как влияние уклона сказывается на стоимости транспортных и строительных работ. Нормирование наибольших уклонов связано с требованиями эксплуатационного задания и зависит от уровня техники.
Сложность нормирования продольных уклонов связана с учетом всех вышеперечисленных факторов к которым необходимо добавить учет солнечного ослепления.
Выбирая продольный уклон, проектировщик должен учитывать, что этим выбором он может не только уменьшить отрицательное воздействие солнечного ослепления на водителя, но и увеличить.
Главная задача при выборе продольного уклона дороги - вынеети ось дороги за пределы зоны эффекта солнечного ослепления.
В городе расположено большое количество участков, на которых мог бы проявиться эффект солнечного ослепления, но благодаря застройке и небольшим продольным уклонам ослепления водителей сведены к малому количеству. В городских условиях эффект ослепления наблюдается на длинных участках (более 1000 м.) с соответствующим азимутом или коротких участках (до 300 м.) с продольным уклоном более 60%о и азимутом на последующую фазу восхода или предыдущую фазу захода.
В городских условиях эффект солнечного ослепления наиболее опасен, чем на загородных. Это вызвано тем, что время восход и захода светила близки к утреннему и вечернему пику интенсивности движения. В эти периоды движение транспортных средств в потоке является связанным, что приводит к более тяжелым последствиям при дорожно-транспортном происшествии.
В связи с тем, что изменение продольного уклона городских улиц почти не возможно из-за существующей системы отвода поверхностных вод целесообразным является использовать эксплуатационные мероприятия по снижению солнечного ослепления, которые приведены в гл.5.
Изменение продольного уклона дороги с целью защиты водителей от солнечного ослепления более всего осуществима на загородных дорогах. Это связано не только с рельефом местности, но и с отсутствием построек.
Большинство солнцеопасных участков на Сахалине расположено в горной местности, где продольные уклоны составляют до 120%о. Учитывая проведенные исследования (гл. 3) необходимо вводить поправочные значения градуса к азимуту трассы. Не зависимо от направления поправочный градус надо вычитать (табл. 4.4).
Изменение продольного уклона дороги влияет на время начала первой фазы распределения эффекта солнечного ослепления в сторону увеличения (при восходе Солнца) и в сторону уменьшения (при заходе), что необходимо учитывать эксплуатационным организациям при выборе мероприятий по предупреждению водителей об изменениях в дорожных условиях.
В настоящее время основное внимание проектировщиков сосредоточено на выполнении требований плавности самой дороги. В этой связи они руководствуются основными положениями при трассировании дороги: выбор кратчайшего расстояния и обеспечение постоянной или мало меняющейся скорости.
С целью повышения потребительских свойств дороги необходимо учитывать отрицательное воздействие солнечного ослепления на эмоциональное состояние водителя. Этого можно добиться, учитывая критическую зону азимутов и восхождения Солнца при выборе азимута прямого участка дороги и продольного уклона.
С учетом ландшафта местности можно выбрать один из путей обеспечения безопасного движения: изменить азимут участка дороги, изменить продольный уклон, одновременно изменить азимут и продольный уклон.
Если прямой участок дороги с продольным уклоном до 15 %о попадает в этот диапазон критических азимутов, то необходимо определить время наступления эффекта солнечного ослепления соответствующего времени восхода (захода) солнца. Для этих участков эффект будет наблюдаться как при восходе, так и при заходе светила. С этой целью надо воспользоваться данными табл. 4.3, где приведенные значения полностью соответствуют времени начала (для восхода) и окончания (для захода) эффекта солнечного ослепления. Значение продолжительности действия эффекта равное 40 минутам (гл. 3) надо или прибавить (для восхода) или отнять (для захода), чтобы знать периоды проявления солнечного ослепления.
Если прямой участок дороги имеет продольный уклон более 15 % и попадает в этот диапазон, то на этих участках эффект солнечного ослепления будет наблюдаться или при восходе или при заходе в зависимости от того куда направлен продольный уклон. С целью определения времени воздействия солнечного ослепления сначала производят расчет по приведенной выше методике, а потом в зависимости от значения продольного уклона вводят поправочное время в соответствии с данными из табл. 3.6 (гл 3).
Если на местности расположена возвышенность на азимуте в критической зоне (например, отклонение от проектируемого азимута составляет 10 ), то выгодно азимут трассы не изменять, с целью выхода из зоны критических азимутов (например, 20 ), а совместить с азимутом возвышенности с целью защиты водителя от лучей Солнца естественной преградой (рис. 4.8). В этом случае прямой участок дороги будет разбить на два
