Характеристики режимов движения потоков автомобилей

ДИСЦИПЛИНА

Б.3.1.7 «Транспортная инфраструктура»

ТЕМА 6

ТЕОРИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ С ОЦЕНКОЙ РИСКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Лекция 6

Учебные вопросы:

Характеристики режимов движения потоков автомобилей

Качественное состояние транспортного потока. Уровни удобства движения

Основные диаграммы транспортного потока и формулы их описывающие, основанные на динамической теории следования за лидером

Коэффициенты приведения различных типов транспортных средств к легковым автомобилям и учёт влияния состава транспортного потока на скорость свободного движения и плотность при заторе

Исходные данные представленной теории и учёт влияния дорожных условий, состава транспортных средств, погодных явлений и психофизиологии водителей на характеристики основных диаграмм транспортного потока, скорость и плотность движения

Характеристики режимов движения потоков автомобилей

Движение транспортного потока представляет собой неустановившийся процесс, в котором скорости автомобилей изменяются в широких пределах под влиянием величины и колебаний интенсивности движения, изменений дорожных условий, состава транспортного потока, погодных факторов, состояния покрытия, особенностей восприятия водителями условий движения.

Поэтому режим движения транспортного потока чаще всего характеризуют средними статистическими показателями, такими как: средняя скорость и средняя плотность транспортного потока, средние интервалы по длине и во времени между движущимися автомобилями, среднее число обгонов в зависимости от дорожных условий, интенсивности и состава движения и т.д. Однако при малой интенсивности движения по дороге скорости движения отдельных автомобилей изменяются в широком интервале и поэтому кроме названных характеристик транспортного потока для свободного режима движения устанавливают скорости движения 15-и, 50 и 85 %-й обеспеченности. Скорость 15 %-й обеспеченности характеризует режим движения медленных автомобилей, скорость 50 %-й обеспеченности соответствует средней скорости транспортного потока, а скорость 85 %-й обеспеченности является скоростью быстро движущихся автомобилей. При малой интенсивности движения в транспортном потоке с разнородными по динамическим свойствам автомобилями, кривая распределения числа автомобилей по скорости движения имеет несколько вершин, характеризующих каждую группу автомобилей (рис.1).

Кумулятивная кривая (кривая обеспеченности) показывает, с какой скоростью движутся наиболее медленные автомобили (до 15%-й обеспеченности), наиболее быстрые автомобили (до 85%-й обеспеченности) и чему равна средняя скорость транспортного потока (при 50%-й обеспеченности). Обгоны в свободном потоке (при малой интенсивности движения) встречаются часто, что увеличивает число ДТП, как результат встречных столкновений. Транспортный поток малой интенсивности лучше всего описывают стохастические (вероятностные) теории транспортного потока, включая имитационное моделирование на ЭВМ. К стохастическим (вероятностным) теориям транспортного потока относятся: теория массового обслуживания, теория риска, теория игр, цепи Маркова и другие.

Рис.1. Закономерности распределения скоростей движения в транспортном потоке малой интенсивности: а) – кривая распределения; б) – кумулятивная кривая

Чем выше интенсивность движения (чем плотнее транспортный поток), тем меньше в нем различие в скоростях движения отдельных автомобилей и тем реже возникают обгоны – в связи с малыми интервалами между автомобилями во встречном потоке.

В однородном потоке большой интенсивности кривые распределения числа автомобилей по скорости движения имеют колоколообразное очертание, характерное для нормального закона распределения. Средняя скорость в плотном транспортном потоке является основной характеристикой режима движения. Скорости 15-и и 85 %-й обеспеченности мало отличаются от средней скорости транспортного потока, так как образуется сплошной поток автомобилей, средняя скорость которого значительно снижается по сравнению со средней скоростью свободного и частично связанного транспортного потока. Поток автомобилей высокой интенсивности лучше всего описывают динамические модели транспортного потока. К динамическим (детерминированным) теориям транспортного потока относятся микроскопические и макроскопические теории плотного потока.

Микроскопический подход основывается на учете взаимодействия между отдельными автомобилями, а макроскопический – описывает движение плотного потока, как сплошной среды. Однако развитая теория следования за лидером объединяет эти подходы и позволяет при любых значениях интенсивности и состава движения получать общие характеристики транспортного потока и описывать взаимодействие между отдельными автомобилями, то есть позволяет устанавливать следующие характеристики:

- среднюю скорость () и среднюю плотность () транспортного потока при интенсивности движения N (с учётом скорости и плотности движения пачек автомобилей и без такого учёта);

- скорость () и плотность () движения отдельных пачек (групп) автомобилей внутри транспортного потока с заданной интенсивностью движения N;

- минимальную скорость () и максимальную плотность () транспортного потока на данном участке дороги при заданной интенсивности N, в момент, когда транспортный поток ещё движется в соответствии с уравнением (перед образованием затора);

- пропускную способность полос движения () с учётом геометрических параметров плана, продольного и поперечного профилей участка дороги, состава движения, состояния и сцепных качеств покрытия;

- основные диаграммы транспортного потока («интенсивность – плотность» и «скорость – плотность»), учитывающие состав потока, геометрические параметры участка дороги, сцепные качества и состояние покрытия;

- средний интервал во времени ( и ), через который автомобили проходят створ дороги (с учётом: состава движения, геометрических параметров участка дороги, направления и величины продольного уклона) для всего транспортного потока () и отдельных пачек автомобилей ();

- средние интервалы во времени () и по длине () между задним бампером ведущего автомобиля и передним бампером ведомого автомобиля для всего транспортного потока () и отдельных пачек автомобилей ();

- граничный интервал между вливающимся в поток и транзитным автомобилем, движущимся по полосе основной дороги со скоростью транспортного потока при интенсивности движения N;

- риск столкновения автомобилей при въезде на автомагистраль с переходно-скоростной полосы (ПСП) и без таковой;

- риск наезда сзади на впереди идущий автомобиль в отдельных пачках автомобилей и в плотном транспортном потоке (при вычисленных скоростях движения и заданной интенсивности транспортного потока);

- риск потери устойчивости автомобилей на кривых в плане, движущихся с вычисленной скорость транспортного потока или с расчётной скоростью одиночного автомобиля по закруглению радиусом R;

- риск наезда на неподвижное и движущееся препятствие в условиях ограниченной видимости на выпуклых кривых продольного профиля и при ограничении видимости на кривых в плане;

- риск лобового (встречного) столкновения автомобилей на двухполосной дороге при обгоне быстроходным автомобилем тихоходного автомобиля или пачки транспортных средств, движущихся с вычисленными скоростями;

- риск бокового (встречного) столкновения автомобилей на двухполосной дороге при разъезде на узкой или зауженной ширине покрытия;

- риск столкновения попутных автомобилей при опережении со сменой полос движения на многополосной проезжей части, в зависимости от ширины покрытия в одном направлении автомагистрали;

- риск поломки ходовых частей автомобиля и риск ухудшения состояния водителя в зависимости от вычисленной или расчётной скорости движения и параметров неровностей покрытия (высот и длин неровностей);

- и другие показатели, определяемые при всех режимах движения [3].

А учитывая, что величины допустимого риска при проектировании дорог и их эксплуатации обоснованы [3, 4], получаем возможность учитывать, как при проектировании автомобильных дорог, так и при организации движения на существующих дорогах все уровни обслуживания: от движения одиночных автомобилей (с расчётными скоростями) до движения плотных транспортных потоков, включая режим пропускной способности.