Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса 9
1.1. Современный уровень проектирования автомобильных дорог в горной местности и основные нормируемые параметры их трассы 9
1.2. Анализ показателей извилистости трассы автомобильных дорог 17
1.3. Извилистость трассы, ее влияние на безопасность, режимы, удобство движения и функциональное состояние водителей 24
1.4. Анализ влияния характерных особенностей трассы долинных участков на аварийность 37
Выводы по I главе 47
ГЛАВА 2. Методика исследований условий двшения на автомобильных дорогах в горной мест ности 49
2.1. Выбор участков для проведения экспериментальных исследований и оценка условий видимости 49
2.2. Исследование функционального состояния водителей 60
2.3. Особенности исследования режимов движения автомобилей. Определение числа замеров и статистическая обработка результат тов наблюдений ^
Выводы по 2 главе 8?
ГЛАВА 3. Особенности восприятия водителем условий движения на дорогах в горной местности 89
3.1. Особенности работы водителя на участках с различной извилистостью плана трассы.. 89
3.2. Оценка условий движения на кривых в плане 100
3.3. Определение показателя извилистости трассы долинных участков горных дорог 120
3.4. Оценка извилистости трассы долинных участков 133
Выводы по 3 глава 142
ГЛАЗА 4. Исследование влияния извилистости трассы на условия 144
4.1 Влияние извилистости траосы долинных участ ков на режим движения автомобилей и аварий ность 144
4.2. Исследование влияния извилистости трассы на работоспособность водителя 153
4.3. Оценка условий движааия на долинных участках по методу коэффициентов безопасности 160
4.4. Нормирование извилистости трассы долинных участков с учетом восприятия водителем условий движения 168
4.5. Оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий по улучшению условий движения на долинных участках горных дорог 180
4.6. Практические рекомендации по оценка качества трассы долинных участков с учетом условий работы водителя 189
Выводы по 4 главе 195
Список литературы
- Анализ показателей извилистости трассы автомобильных дорог
- Исследование функционального состояния водителей
- Определение показателя извилистости трассы долинных участков горных дорог
- Оценка условий движааия на долинных участках по методу коэффициентов безопасности
Введение к работе
В условиях высоких темпов развития народного хозяйства СССР все большее значение приобретает повышение эффективности и качества работы автомобильного транспорта. Б связи с этим наряду с необходимостью увеличения объемов дорожного строительства требуется существенно повысить транспортно-эксдлуатацион-ныа качества, пропускную способность и эффективность использования существующих дорог. Особое значение имеет задача повышения безопасности дорожного движения, выдвинутая ХХУІ съездом КПСС [1,2].
Обеспечение указанных требований представляет особую актуальность в горных районах нашей страны, поскольку автомобильный транспорт является здесь основным видом и ему принадлежит ведущая роль в своевременном удовлетворении потребностей народного хозяйства и населения в перевозках- Вместе с тем значительные по протяженности долинные участки дорог в горной местности, на которые приходится основная доля перевозок, по своим геометрическим параметрам не отвечают растущим требованиям автомобильного транспорта. Для них характерны низкие скорости и неравномерный режим движения автомобилей, невысокая продускная способность.
В комплексе мер, направленных на улучшение условий движения по горным дорогам, особое место занимает проблема обеспече-ния безопасности движения, тесно связанная с повышением надежности работы водителей, снижением напряженности их труда при управлении автомобилем на сложных участках долинного трассирования. Основой решения этой задачи следует считать совершенствование качества трассы долинных участков с учетом восприятия водителем условий движения. Исходя из масштабов строительства
и реконструкции долинных участков горных дорог, актуальным становится поиск эффективных проектных решений и разработка мето» дов комплексной оценки качества их трассы, необходимых при вариантном проектировании и установлении очередности реконструкции отдельных участков с учетом безопасности движения и сложности работы водителей.
Цель диссертационной работы состоит в разработке требований к параметрам трассы долинных участков горных дорог, отвечающих условиям надежной работы водителей, для повышения безопасности и удобства движения, а также в определении комплексных показателей и методов оценки качества их трассы* Направленность исследования соответствует целевой программе ГКНТ СССР "Разработать и внедрить новые технические решения и технологию скоростного строительства автомобильных дорог, в том числе для районов Сибири и Дальнего Востока (0-55.II) и плану важнейших научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на І98І-І985 гг. по Минавтодору РСФСР (Проблема 2-57-03 "Повысить уровень организации и безопасности движения на автомобильных дорогах").
Диссертаїдая состоит из четырех глав.
В первой главе дан анализ современного состояния вопроса проектирования автомобильных дорог в горной местности» рассмотрены показатели извилистости трассы, их взаимосвязь с режимом и безопасностью движения» эмоциональной напряженностью водителей. На основе статистики дорожно-транспортных происшествий изучено влияние параметров трассы долинных участков на аварийность и обоснованы основные задачи и направления исследования.
Во второй главе определена методика проведения исследования» включающая выбор экспериментальных участков» способы изучения функционального состояния водителей при движении по до-
линнш участкам горных дорог» обосновано необходимое число замеров при наблюдениях режимов движения автомобилей и психофизиологических характеристик водителей» приведены сведения о статистической обработке результатов наблюдений.
В третьей главе рассмотрены теоретические вопросы восприятия водителем условий движения на долинных участках дорог в горной местности, исследовано влияние параметров кривых в плане на эмощональную напряженность водителей при различной интенсивности движения, установлены геометрические показатели плана трассы» предложены способы оценки качества трассы долинных участков с точки зрения надежности работы водителей.
В четвертой главе изложены результаты исследования влияния извилистости трассы долинных участков на режим и безопасность движения автомобилей, работоспособность водителей, определены коэффициенты аварийности и безопасности движения, установлены допустимые пределы извилистости трассы с учетом обеспечения оптимальной напряженности работы водителей, выполнены расчеты экономической эффективности предлагаемых инженерных решений, направленных на улучшение условий движения на горных дорогах долинного трассирования. Приведены основные выводы по диссертации и намечены пути дальнейших исследований.
Научная новизна работы заключается: в обосновании оптимальных сочетании параметров кривых в плане и условий видимости, удовлетворяющих требованию надежной работы водителей; в исследовании процесса восприятия водителем трассы долинных участков при ограниченном времени на оценку дорожао-транспортнрй ситуации; в развитии методов оценки качества проектных решений при вариантном проектировании с точки зрения учета в них условий работы водителя и безопасности движения; в совершенствовании методик психофизиологических исследований применительно к оцен-
ке функционального состояния водители при движении по автомобильным дорогам в горной местности.
Практическая ценность работы состоит: в разработке рекомендаций по проектированию кривых в шіане долинных участков; в определении показателей, позволяющих выявлять участки с неблагоприятными условиями работы водителей и повышенной аварийностью, а такяе проводить качественную оценку всего маршрута в целом; в разработке рекомендаций по выбору допустимых скоростей движения на долинных участках с различной извилистостью трассы и величиной продольного уклона; в уточнении рекомендаций по нормированию извилистости трассы долинных участков; в установлении значений дополнительных коэффициентов для учета влияния параметров кривых в плане и извилистости трассы на условия движения по долинным участкам, используемых в методах расчета пропускной способности дорог, средней скорости потока автомобилей и при оценке безопасности двикения.
Рекомендации, содержащиеся в диссертаций, включены в "Руководство по оценке пропускной способности автомобильных дорог" (Минавтодор РСФСР), "Временные рекомендации по оценке аварийности горных дорог" (Минавтодор Грузинской ССР), "Эмоциональное состояние водителя при движении автомобиля по горным дорогам" (временные рекомендации) (Минавтодор Грузинской ССР), а также использованы при составлении "Инструкции по организации движения и ограждению мест производства дорожных работ" (Минавтодор РСФСР).
Основное положения диссертации доложены и одобрены на УП Всесоюзной конкуренции молодых ученых и специалистов (Союздор-аии, 1981 г.)» ІУ Всесоюзной межвузовской научной конференции "Пути повышения безопасности дорожного движения" (г. Ташкент, 1931 г.)» Всесоюзной конференции "Повышение эффективности ис-
пользования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов" (г, Ташкент,
г,) и УІ кояференциа молодых ученых и специалистов (НЙЙАТ,
г.).
По теме диссертации опубликовано 6 статей. Результаты работы реализованы в четырех нормативно-технических документах. На защиту выносятся:
результаты исследования особенностей восприятия водителем условий движения на долинных участках дорог в горной местности;
результаты доследования условий движения на кривых в плане долинных участков;
показатель а способ оценки извилистости трассы долинных участков горных дорог;
результаты экспериментальных исследований влияния извилистости трассы на реким движения автомобилей и аварийность;
результаты исследования взаимосвязи неравномерности режима движения автомобилей и функционального состояния водителей*
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 164 стр. машинописного текста, 96 рисунков, 40 таблиц. Список использованной литературы включает 141 наименование, в том числе 41 на иностранных языках.
Анализ показателей извилистости трассы автомобильных дорог
Для объективной оценки качества трассы горных дорог большое значение имеет выработка показателей ее извилистости в плане. В СССР этот вопрос рассматривался в работах проф. В.Ф.Бабнова, А.Г.Агабабова, В.Л.Варлашкина, Н П.Орнатского, Ф И Ерии-лова, Б,А.Ильина, ДД.Селюкова, А.П.Усова, А.А.Братцева и др. Из зарубежных публикаций наиболее известны работы Р.Ламма, Г.Щяихтера, А.Шпросса, А.Полуса и Д.Бруно [4,7,8,15,17,31,36, 63,70,83,103,115,129,157].
К настоящему времени известно около 20 показателей извилистости трассы- Основными причинами столь значительного их количества и отсутствия общепризнанного показателя является сложность характеристики одним показателем изменения параметров геометрических элементов плана достаточно длинного участка трассы. Кроме того, широкое внедрение в практику методов клотоидного трассирования, при которых кривизна трассы непрерывно изменяется, требует совершенствования показателей извилистости.
Предложенные показатели гогут быть разделены на две различные группы: геометрические, основанные на комплексной оценка параметров геометрических элементов плана трассы, и виртуальные, базирующиеся на принципе приведения извилистой трассы к эквивалентной ей по какому-либо показателю. Метод виртуальных коэффициентов получил развитие в работах Б.А.Ильина применительно к оценке трассы лесовозных дорог [Зб]. Для трассы горных дорог А.Г.Агабабов, К,А,Мчедлйшвили и Р Ламм в разное время предлагала с помощью эмпирических коэффициентов, учитывающих степень отличия скорости движения на рассматриваемой кривой по сравнению с кривой, параметры которой приняты за эталон, определять среднедриведенный радиус кривой в плана [57], ервд-неприведенное число поворотов [4 ] и параметр участка [і1б] Однако с точки зрения реального восприятия водителем условий движения по конкретной кривой в плане нельзя признать корректным допущение о ее адекватности, например, двум другим кривым большего радиуса.
Многочисленную группу составляют геомтрические показатели извилистости. Наиболее обпдае из них - коэффициент развития трассы, число кривых на километр, относительная протяженность криволинейных участков, отношение минимального радиуса кривой к максимальному в пределах рассматриваемого участка - постепенно заменялись более точными показателями, характерной особенностью которых является усреднение по длине участка парамтров отдельных кривых в плане. В Англии, Венгрии, США и ФРГ большое распространение получил показатель в виде отношения суммарного угла изменения направления трассы к ее длине [122,126,13?] В СССР этот показатель использовался для оценки извилистости трассы в работах А.А.Братцева, Ф.И.Ермилова и А.П.Усова [l5,3I, 83] .
С развитием клотоидного трассирования возникла необходимость в более полном учете параметров кривых в плане. Это нашло свое отражение в появлении показателей, объединяющих углы и радиусы отдельных закруглений, а также рекомендаций по оценке ими клотоидных трасс. Н.П.ОрнатскиЙ и В.П.Варлашкин предложили формулы для характеристики степени извилистости и плавности трассы, содержащие отношение угла поворота кривых в плане к их радиусу [17,63] . Аналогичный прием использовали В.Н.Иванов, М,Б.Афанасьев и Ю.А.Фортуна для оценки плавности отдельных закруглений. Указанное отношение отражает противоположное влияние, которое оказывает угол и радиус поворота на его крутизну (плавность).
Исследование функционального состояния водителей
Практика исследований восприятия водителем и условий движения с применением показателей их функционального состояния, регистрируемых в процессе движения, в СССР насчитывает ужа болев 10 лат. С созданием на кафедре "Изыскания и проектирование автомобильных дорог" МАДИ проф. Б М.Лобановым и иаж. Г.Двойном ходовой дорожной психофизиологической лаборатории стало возможным проводить комшшксныв исследования восприятия водителем условий движения с привлечением таких показателей, как электрокардиограмма, электроокулограмма, кояно-галъваническая реакция (рис. 2 11 и 2.12). Дяя оценки динамики изменения работоспособности водителей применяется тестирование. Тем самым в дорожных психофизиологических исследованиях нашел отражение наиболее прогрессивный в настоящее время полиэффекторный метод оценки функционального состояния человека в процессе его трудовой деятельности [5]. Необходимо подчеркнуть, что основные выводы, получанные в работах Е.М.Лобанова, Е.В.Новизенцева, Б.А. Щита й П.П.Дзюбы, использовавших вышеприведенный комплекс показателей, касаются совершенствования проектирования дорог в равнинной и пересеченной местности и не могут быть полностью отнесены к дорогам в горной местности.
Особенности условий двикения на горных дорогах потребовали предварительной оценки применимости методик исследования, апробированных на дорогах в равнинной местности.
Как показали предварительные исследования на горных дорогах, использование методики оценки функционального состояния водителя по глазодвигательной активности с использованием электроокулографии имеет определенные оложности, связанные обработкой результатов ааблюдений. Причиной этому служат частые движения головы водителя в процессе долученая им зрительной информации при проезде крутых закруглений, что отражается на амплитудных характеристиках окулограммы. В связи с этим метод ОКГ использовался в работе в основном дая качественной оценки активности зрительного анализатора водителя.
Другие показатели функционального состояния водителя (ЭКГ а КГР), ставшие уже традиционными в дорожных псахофизиологиче-оких исследованиях, оказались достаточно информативны и при оценке напряженности водителей в процессе управления автомобилем на горных дорогах, На рис. 2ЛЗ показан фрагмент запаси этих показателей при проезде кривой в плане в условиях движения на спуск. Следует отметить, что в ряде случаев более тесную связь с условиями работы водителя имеют не амплитудные характеристики КГР, а интегральная площадь под ее эпюрой [бб]. О целью оценки состояния эмоциональной напряженности водителя по показателям КГР можно использовать их статистическую взаимосвязь, полученную в ходе предварительных исследований (рис. 2,14) Поскольку амплитудные характеристики КГР для отдельных состояний эмоциональной напряженности водителя установлены в предшествующих исследованиях [47,бо], то данные рис. 2.14 позволяют определить соответствуйте ЕМ значения по интегральной площади под эпюрой КГР.
В рамках решаемой задачи - оценки условий движения на участках значительной протяженности- оказалось возможным использовать и менее динамичный показатель функционального состояния человека - пнешограмму (ПМГ). Методика исследования функций внешнего дыхания широко используются в психофизиологии для оценки напряженности трудовой деятельности человека. В нашем случае визуальное определение частоты дыхания водителя практически невозможно, а ас-пользование датчиков значительно стеснило бы его движения, создав неудобства при управлении автомобилем. Поэтому специально для дорожных исследований нами было предложено несложное устройство, основой которого является термистор ТР-38, прикрепленный к максимально облегченной оправе очков таким образом, что он фиксируется непосредственно у ноздрей водителя в струе выдыхаемого им воздуха (рис. 2Л5). Электрическая схема устройства показана на рис. 2.16. Чтобы повысить чувствительность датчика, в его стеклянной оболочке сделаны пропилы Принцип работы предлагаемого устройства заключается в регистрации разности температур окружающей среды и выдыхаемого водителем воздуха. Испытание показало, что устройство позволяет получать графическую запись дыхания водителя (пневмограмму) и по отзывам испытуемых водителей не мешает их работе. Фрагменты записи пневмограммы водителей в различных дорожно-транопортных ситуациях представлены на рис. 2.17. Из психофизиологии труда известно, что внешнее дыхание является показателем как эмоционального состояния человека, так и его физической работоспособности [32]. Представляют интерес исследования, показавшие, что между дыханием, частотой пульса, энергетическим состоянием организма и интенсивностью физической работы существует линейная зависимость [68].- Наряду с КГР, по характеристикам ПМГ можно судить об изменении уровня внимания [32].
Определение показателя извилистости трассы долинных участков горных дорог
Обследование дорог долинного трассирования и анализ проектной документации показывают, что целый ряд участков имеет кривые в плане, соответствующие по своим параметрам, приведенным в табл. 3,3. К ним относятся реконструированные участки дороги Тбилиси-Кутаиси, Тбилиси-Орджоникидзе, а также дорога Мукачево-Стрый в Карпатах. Это показывает, что несмотря на возрастающие объемы земляных работ проектировщики уке в настоящее время стремятся к увеличению радиусов кривых в плане, в том числе при значительных углах поворота трассы. Б связи с этим необходимо подчеркнуть, что определение минимальных радиусов КРИВЫХ в плане и расстояния видимости является технико-экономической задачами рекомендуемые значения указанных параметров отражают лишь техническую сторону вопроса Поскольку основная задача исследования заключается в оценке извилистости трассы на протяженных участках, экономический аспект выбора рекомендуемых параметров кривых в плане целесообразно рассматривать совместно с вопросом нормирования извилистости трассы горных дорог долинного трассирования. В случаях, когда по местным грунтово-геологическим или рельефным условиям использование рекомендуемых э табл. 3-3 сочетаний параметров кривых является экономически не оправданным, можно предусматривать снижение величин радиусов и расстояния видимости при одновременном проведении дополнительных мероприятий по повышению надежности работы водителе й. К ним относятся: - установка зеркал на внешних кривых в плане; - устройство виража конструкции, предложенной Т.А.Шилакад-зе [93,94]; - введение местного ограничения скорости движения.
Таким образом, проведенная оценка влияния параметров кривых в плане долинных участков на функциональное состояние водителя позволяет сделать следующие выводы: - при нормировании параметров кривых в плане с точка зре ния обеспечения оптимальной напряженности работы водителя не обходимо учитывать характер совместного влияния радиуса закруг ления, угла его поворота и расстояния видимости на восприятие водителем условий движения; - по мере возрастания радиуса кривой в плане и расстояния видимости влияние угла поворота закругления на напряженность работы водителя постепенно ослабевает благодаря улучшению усло вий зрительного восприятия кривой; радиусы кривых в плане меньше 100 м даже при малых углах поворота неадекватно воспринимаются водителями до въезда на закругление» что выражается в превышении уровня эмоциональной напряженности водителя границ оптимального состояния, наблюдающегося при движении непосредственно по кривой в шіане; - на условия движения по кривым в плане значительное влия ние оказывает харантер взаимодействия автомобилей в потоке, что определяет взаимосвязь эмоциональной напряженности водителя и интенсивности движения; напряженность работы водителя возраста ет по мере увеличения интенсивности движения тем бОЛЬЕПе, чем меньше радиус кривой и расстояние видимости, больше угол пово рота трассы,
Определение объективного показателя извилистости трассы долинных участков горных дорог является одной из основных задач диссертационной работы, от решения которой во многом зависит справедливость дальнейших выводов при нормировании извилистости, а также результатов изучения ее влияния на условия движения.
Анализ показателей извилистости автомобильных дорог, приведенный в п. 1,2 диссертации позволил установить, что большинство аз них может быть определено по формуле: где I- степень извилистости участка дороги;
Па-гпоказатель кривизны а -ой кривой в плана; L - длина участка осреднения показателей отдельных кривых в плане. Структура приведенной формулы отражает сущность понятия об извилистости трассы автомобильной дороги, поскольку одновременно характеризует параметры отдельных закруглений и близость их расположения, поэтому ее следует рассматривать в качестве основы при установлении показателя извилистости долинных участков.
Исходя из современных проставлений и целей практического использования к показателю извилистости трассы должны предъявляться следующие основные требования: - соответствие структуры показателя реальным закономерностям изменения условий движения под влиянием параметров геомет» рическах элементов трассы, что служит критерием его объективности; - возможность применения показателя извилистости для оценки участков, имеющих на своем протяжении кривые в плане с различным законом изменения кривизны по длине; - допустимость усреднения параметров отдельных кривых в плане лить в пределах однородных участков трассы.
Первоначальный этап исследования заключался в установлении показателя кривизны, предназначенного для оценка одиночных кривых в плане, Дяя решения этой задачи с учетом приведенных вшяе требований приемлемо использование известного из дифференциальной геометрии выражения кривизны» как отношения угла смежности к длине соответствующей дуги, которое является полной характеристикой степени изогнутости кривой.
Оценка условий движааия на долинных участках по методу коэффициентов безопасности
Необходимость обеспечения однородных условий движения -одно из ведущих требований, предъявляемых к автомобильным дорогам. Учет этого требования позволяет в значительной мере повысить транспортно-эксплуатациовные качества дорог в части безопасности движения и надежности работы водителей. Поскольку важнейшей характеристикой однородности дорожных условий служит режим движения автомобилей» анализ эпюры скорости остается основной базой исследований, имеющих целью определение оценочных показателей равномерности условий движения.
В СССР в качестве критерия однородности трассы обычно рассматривают отношение допускаемой скорости движения по опасному участку к скорости,развиваемой в конца предшествующего участка, названное проф. В.Ф.Бабконым коэффициентом безопасное та [7,8,13]. Идея оценки транспортных качеств дороги и безопасности движения отношением скоростей начинает в последние годы получать распространение и за рубежом [134]. Границы допустимых значений коэффициента безопасности была определены на основе обширного анализа статистических данных о дорожно-транспортных происшествиях на участках перепадов скоростей движения автомобилей.
Формирование режимов движения автомобилей на долинных участках имеет ряд особенностей, складывающихся под влиянием характера их трассы- Большая ее извилистость и малые радиусы .отдельных закруглений часто вынуадают водителей изменять скорость автомобиля для поддержания ее безопасного уровня. Поэтому для долинных участков характерна значительная неравномерность режимов движения на общем фоне сравнительно низкой средней скорости Повышенная внимательность водителей и более низкие скорости приводят к тому, что уровни аварийности на гарных дорогах более низкие, чем на равнинных [8, 6]. В этих условиях, когда анализ аварийности не всегда может в полной мере характеризовать условия движения на локальном участке, для качественной оценки перепадов скоростей целесообразно использовать данные об эмоциональной напряженности водителей при проезде участков изменения скорости. В процессе предшествующих работ кафедры "Изыскания и проектирование дорог" МАДИ неоднократно отмечалось, что понижению скорости движения» вызванному ухудшением дорожных условий, всегда соответствует заметное возрастание эмоциональной напряженности водителей [28].
С целью определения допустимой величины перепадов скоростей на смежных элементах плана трассы долинных участков горных дорог были проведены экспериментальные исследования функционального состояния водителя с использованием ходовой психофи зиологаческой лаборатории на базе автомобиля ГДЗ-24 "Волга При проездах лаборатории по опытным участкам регистрировались электрокардиограмма и кожно-галъваническая реакция водителей при одновременной записи режима движения автомобиля в соответствии с методикой, изложенной в п.п. 2.2 и 2.3 диссертации. Фрагмент записи показателей функционального состояния водителя на участке изменения режима движения автомобиля показан на рис 4.8,
Статистическая обработка данных наблюдений показала, что динамика изменения параметров ЭКГ а КГР имеет тесную связь с величиной изменения скорости движения при проезде смежных участков трассы. Из показателей КГР - ее максимальной амплитуды и интегральной площади под кривой - использовали последнюю, которая показала лучшую корреляцию с величиной изменения скорости (коэффициент ранговой корреляции, соответственно, 0,64 и 0,81). Наиболее тесную овязь с характером изменения режима движения автомобилей имела частота пульса водителей (коэффициент корреляции 0,86). качестве критериев качественной оценки влияния степени однородности режима движения на надежность работы водителя целесообразно использовать значения психофизиологических показателей, соответствующих отдельным состояниям эмоциональной напряженности водителя, определенным исходя из его информационной загрузки: "сенсорному голоду", недогрузки информацией, оптимальной нагрузке, повышенной загрузка, перегрузке и запредельному напряжению (табл. 2.2)
