1 И. Н. Пугачев организация и безопасность движения
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
Г л а в а 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ 2.1. Транспортный поток При формировании информации о состоянии дорожного движения в первую очередь необходимы данные, характеризующие транспортный поток. Многолетний опыт научных исследований и практических наблюдений за транспортными потоками позволил разработать соответствующие объективные показатели. По мере совершенствования методов и аппаратуры для исследования транспортных потоков номенклатура показателей, используемых в организации дорожного движения, продолжает развиваться. Наиболее необходимыми и часто применяемыми являются интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Охарактеризуем эти и другие показатели транспортного потока. Интенсивность транспортного потока (интенсивность движения) N a — это число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени (минуты, секунды) в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения. На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузо- и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность транспортных потоков в течение года, месяца, суток и даже часа имеет важнейшее значение в проблеме организации движения (рис. 2.1 – 2.3). Типичные кривые распределения интенсивности в течение суток на городской магистрали показана на рис. 2.1, кривые позволяют выделить так называемые пиковые часы, или периоды, в которые возникают наиболее сложные задачи организации и регулирования движения. Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномерности К н . Этот коэффициент может быть вычислен -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 6 7 7,5 8 9 10 12 14 16 18 20 22 часы суток N a *1 0 ^ 3 , а в т/ ч движение из центра движение к центру 23 Рис. 2.3. Неравномерность транспортного потока на автомобильной дороге в течение года для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени. Коэффициент годовой неравномерности аг ам НГ N N K 12 = , где 12 — число месяцев в году; N ам — интенсивность движения за сравниваемый месяц, авт./мес.; N аг — суммарная интенсивность движения за год, авт./г. Коэффициент суточной неравномерности аc ач НC N N K 12 = , где 24 — число часов в сутках; N ач — интенсивность движения за сравниваемый час, авт./ч; N ас — суммарная интенсивность движения за сутки, авт./сут. Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомо- билей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, по- лученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, т. е. по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями. При этом наибольшее 0 1 2 3 4 5 6 7 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII МЕСЯЦЫ N a *1 0 ^ 3 а вт ./ су т. НА ДОРОГЕ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ НА ДОРОГЕ ОБЛАСТНОГО ЗНАЧЕНИЯ 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 I II II I IV V V I V II V II I IX X X I X II МЕСЯЦЫ К н Рис. 2.2. Изменение интенсивности транспортного потока в течение года 24 значение имеет этот показатель в пиковые периоды, так как именно в эти часы возникают наиболее сложные задачи организации движения. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в часы пик в различные дни недели, месяца и года может иметь неодинаковое значение. На дорогах с более высоким уровнем интенсивности движения транспортных средств меньше неравномерность движения и стабильнее интенсивность в пиковые периоды. Для двухполосных дорог с встречным движением общую интенсивность характеризуют обычно суммарным значением встречных потоков, так как условия движения и, в частности, возможность обгонов определяются загрузкой обеих полос. Если же дорога имеет разделительную полосу и встречные потоки изолированы друг от друга, то суммарная интенсивность встречных направлений не определяет условия движения, а характеризует лишь суммарную работу дороги как сооружения. Для таких дорог имеет значение интенсивность движения в каждом направлении. Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирования движения в городских условиях, имеет значение не только суммарная интенсивность потока по данному направлению, но также интенсивность, приходящаяся на одну полосу, или так называемая удельная интенсивность движения М а . Если известно конкретное распределение интенсивности движения по полосам и оно существенно неравномерно, то в качестве расчетной интенсивности М а можно принять интенсивность движения по наиболее загруженной полосе. Временной интервал t i , между следующими друг за другом по одной полосе транспортными средствами является показателем, обратным интенсивности движения. Математическое ожидание Е(t i ) определяется зависимостью Е(t i ) = 3600/М a . Если интервал t i между следующими друг за другом по полосе автомобилями более 10 с, то их взаимное влияние является относительно слабым и условия движения характеризуются как "свободные". Более детально стохастический процесс распределения автомобилей в транспортном потоке и временных интервалов между ними рассмотрен в подразделе 2.4. Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Этот показатель оказывает значительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает общий состав парка автомобилей в данном регионе. Так, на дорогах США и других западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80–90 % общей численности парка. В нашей стране на многих городских и загородных дорогах пока выше доля грузовых автомобилей и автобусов. По мере роста автомобилизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог (стесненность движения), что объясняется прежде всего существенной разницей в габаритных 25 размерах автомобилей. Если длина отечественных легковых автомобилей 4–5 м, грузовых 6–8, то длина автобусов достигает 11, а автопоездов – 24 м. Сочлененный автобус имеет длину 16,5 м. Однако разница в габаритных размерах не является единственной причиной необходимости специального учета состава потока при анализе интенсивности движения. При движении в транспортном потоке важна разница не только в статическом, но и в динамическом габарите автомобиля, который зависит в основном от времени реакции водителя и тормозных качеств транспортных средств. Под динамическим габаритом L Д (рис. 2.4) подразумевается участок дороги, минимально необходимый для безопасного движения в транспортном потоке с заданной скоростью автомобиля, длина которого включает длину автомобиля l a и дистанцию d, называемую дистанцией безопасности. Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчетному определению L Д , высказываемых различными авторами (см. под раздел 2.3, 2.5). Тормозные качества как однотипных, так особенно автомобилей различных типов в эксплуатации существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения, установленными ГОСТ Р 51709-2001 "Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки". Рис. 2.4. Динамический габарит автомобиля в плотном транспортном потоке Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, его маневренности, которые влияют на дистанцию, избираемую водителем. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При колонном движении легковых автомобилей каждый водитель, благодаря большой поверхности остекления, а также небольшим габаритам впереди идущих автомобилей, может достаточно хорошо видеть и прогнозировать обстановку впереди нескольких автомобилей. В то же время, если перед легковым автомобилем движется грузовой автомобиль или автобус, то водитель лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди этого транспортного средства и его действия по управлению становятся менее уверенными. В этом случае из-за невозможности достаточного прогнозирования обстановки впереди резко возрастает опасность при обгоне, а также в случае экстренной остановки автомобилей, движущихся в плотной колонне. Особое внимание на формирование транспортного потока в городе 26 оказывают троллейбусы, которые, кроме больших габаритов, имеют еще одну специфическую особенность — связь с контактной сетью, что затрудняет их маневрирование. Для того чтобы учесть в фактическом составе транспортного потока влияние различных типов транспортных средств на загрузку дороги, применяют коэффициенты приведения К пр к условному легковому автомобилю. С помощью коэффициента приведения можно получить показатель интенсивности движения в условных приведенных единицах, ед/ч, ∑ = = т i прi i пр K N N 1 ) ( , где N i – интенсивность движения автомобилей данного типа; К прi – соответствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; п – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений. Исследования транспортных потоков показывают, что используемые коэффициенты приведения являются весьма приближенными и для современных моделей автомобилей завышенными. Опыт исследований К пр показывает, что при более детальном подходе к назначению коэффициента приведения его значения необходимо дифференцировать также в зависимости от уровня скоростного режима и профиля дороги. Плотность транспортного потока q a является пространственной характеристикой, определяющей степень стесненности движения на полосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящихся на 1 км протяженности дороги. Предельная плотность достигается при неподвижном состоянии колонны автомобилей, расположенных вплотную друг к другу на полосе. Для потока современных легковых автомобилей теоретически такое предельное значение q max составляет около 200 авт./км. Практические исследования показали, что этот показатель колеблется в пределах 170÷185 авт./км. Это объясняется тем, что водители не подъезжают при заторе вплотную к переднему автомобилю. Естественно, что при предельной плотности движение невозможно даже при автоматическом управлении автомобилями, так как отсутствует дистанция безопасности. Плотность q max вместе с тем имеет значение как показатель, характеризующий структуру (состав транспортного потока). Наблюдения показывают, что при колонном движении автомобилей преимущественно малого класса с малой скоростью плотность потока может достигать 100 авт./км. При использовании показателя плотности потока необходимо учитывать коэффициент приведения для различных типов транспортных средств, так как в противном случае сравнение q a для различных по составу потоков может привести к несопоставимым результатам. Так, если принять, что на дороге движется колонна автобусов с плотностью 100 авт./км (возможной для легковых автомобилей), то фактическая длина такой колонны 27 вместо 1 км практически составит 2,0—2,5 км. Если же учесть рекомендуемое значение К пр для автобусов, равное 2,5, то максимальная плотность движения колонны автобусов в физических единицах может составить 40 автобусов на 1 км, что является реальным. Чем меньше плотность потока, тем свободнее себя чувствуют водители, тем выше скорость, которую они развивают. Наоборот, по мере повышения q a , т. е. стесненности движения, от водителей требуется повышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышается их психическая напряженность. Одновременно увеличивается вероятность ДТП в случае ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа механизмов автомобиля. В зависимости от плотности потока движение по степени стесненности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, колонное. Численные значения q a в физических единицах (автомобилях), со- ответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэффициента сцепления, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями скорость. Скорость движения является важнейшим показателем, так как представляет целевую функцию дорожного движения. Наиболее объективной характеристикой транспортного средства на дороге может служить график изменения его скорости на протяжении всего маршрута движения. Однако получение таких пространственных характеристик для множества движущихся автомобилей является сложным, так как требует непрерывной автоматической записи скорости на каждом из них. В практике организации движения принято оценивать скорость движения транспортных средств мгновенными ее значениями v a , зафиксированными в отдельных типичных сечениях (точках) дороги. Скорость сообщения v c является измерителем быстроты доставки грузов и пассажиров и определяется как отношение расстояния между точками сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для характеристики скорости по отдельным участкам дорог. Темп движения является показателем, обратным скорости сообщения, и измеряется временем в секундах, затрачиваемым на преодоление единицы длины пути в километрах. Этот измеритель весьма удобен для расчетов времени доставки пассажиров и грузов на различные расстояния. Мгновенная скорость транспортного средства и соответственно скорость сообщения зависят от многих факторов и подвержены значительным колебаниям. Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяговых возможностей в современном дорожном движении определяет водитель, являющийся управляющим звеном в системе ВАДС. Водитель постоянно стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости исходя из двух главных критериев — минимально возможной затраты времени и обеспечения 28 безопасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем оказывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения. Так, исследования, проведенные в одинаковых дорожных условиях на одном типе автомобилей, показали, что средняя скорость движения автомобиля у разных водителей высокой квалификации может колебаться в пределах ±10 % от среднего значения. У малоопытных водителей эта разница больше. Рассмотрим влияние параметров транспортных средств и дороги на скорость движения. Верхний предел скорости автомобиля определяется его максимальной конструктивной скоростью v max , которая зависит главным образом от удельной мощности двигателя. Максимальная скорость v max , км/ч, современных автомобилей колеблется в широких пределах в зависимости от их типа: Легковые автомобили большого и среднего классов ...............……………. 200 То же малого класса ..................……………. 160 Грузовые автомобили средней грузоподъемности................…………….. 100 То же большой грузоподъемности и автопоезда .....................………………… 90 Опыт показывает, что водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью лишь в исключительных случаях и кратковременно, так как это сопряжено с чрезмерно напряженным режимом работы агрегатов автомобиля; кроме того, имеющиеся на дороге даже незначительные подъемы требуют для поддержания стабильной скорости запаса мощности. Поэтому даже при благоприятных дорожных условиях водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью длительного движения или крейсерской скоростью. Крейсерская скорость для большинства автомобилей составляет (0,75 - 0,85) v max Однако реальные дорожные условия вносят существенные поправки в фактический диапазон наблюдаемых скоростей движения. Уклоны, криволинейные участки и неровности покрытия дороги вызывают снижение скорости как из-за ограниченности динамических свойств автомобилей, так и главным образом в связи с необходимостью обеспечения их устойчивости на дороге. Эти объективные факторы особенно сказываются на скорости наиболее быстроходных автомобилей. Как показывают наблюдения, фактический диапазон мгновенных скоростей свободного движения автомобилей на горизонтальных участках некоторых магистральных улиц и дорог нашей страны составляет 50 – 120 км/ч, несмотря на установленные Правилами ограничения. Эти цифры не относятся к дорогам, не имеющим надлежащего покрытия или с разрушенным покрытием, где скорость может понизиться до 10 – 15 км/ч. Существенное влияние на скорость движения оказывают те элементы дорожных условий, которые связаны с особенностями психофизиологического 29 восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики современного дорожного движения. Важнейшими факторами, оказывающими влияние на режимы движения через восприятие водителя, являются расстояние (дальность) видимости S в на дороге и ширина полосы В д , т. е. "коридора", выделенного для движения одного ряда. Под расстоянием видимости понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстояние S в определяет возможность для водителя заблаговременно оценить условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S в над значением остановочного пути S о данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S в > S о При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает скорость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δ V по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие: S в ,м .......…… 100 200 300 400 500 600 Δ V , %: грузовых.... 13,5 9,8 5,8 3,3 2,0 1,0 легковых ... 17,5 12,7 8,3 4,9 2,5 0.9 Ширина полосы движения, предназначенная для движения одного ряда автомобилей и выделенная обычно продольной разметкой, определяет требования к траектории движения автомобиля. Чем меньше ширина полосы, тем более жесткие требования предъявляются к водителю и тем больше его психическое напряжение при обеспечении точного положения автомобиля на дороге. При малой ширине полосы, а также при встречном разъезде на узкой дороге водитель под воздействием зрительного восприятия снижает скорость. На основании исследований на дорогах проф. Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги, В д = 0,015v а +b а +0,3, (2.1) где b а – ширина автомобиля, м; 0,3 – дополнительный зазор, м. По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля показатель B д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движения со скоростью v а водитель должен располагать примерно таким свободным "коридором" движения. В этой зависимости можно еще раз проследить связи компонентов комплекса ВАДС в дорожном движении. В формуле (2.1) В д представляет собой элемент дороги Д, b а – характеристика автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и 30 Рис. 2. 6. Кривые распределения мгновенных скоростей при свободном движении легковых автомобилей на дороге: А А — доля легковых автомобилей от общего числа наблюдаемых ходовые свойства автомобиля (система ВА). Согласно приведенной зависимости, скорость, с которой водитель средней квалификации длительно и уверенно может вести автомобиль, ориентировочно составляет: при управлении легковым автомобилем и ширине полосы 3 м около 65 км/ч, а при ширине полосы 3,5 м около 90 км/ч; при управлении автомобилем с габаритной шириной 2,5 м и ширине полосы 3,5 м около 50 км/ч. Однако это не исключает того, что некоторые водители не могут достаточно точно и своевременно оценить изменение расстояния видимости или ширины полосы движения и правильно изменить скорость. Поэтому в условиях ограниченной видимости и малой ширины полосы движения более часто происходят ДТП. На основе исследований НИиПИ Генплана г. Москвы были разработаны рекомендации желательных значений ширины полосы движения на дорогах города (табл. 2.1). Таблица 2.1 Преобладающий тип транспортных средств Ширина полосы, м, при скорости движения, 40 60 80 100 120 Легковые автомобили Грузовые автомобили и автобусы Крупногабаритные грузовые автомобили и троллейбусы 2,8 3,5 3,7 3,0 3,7 3,9 3,2 3,9 4,1 3,4 4,1 4,3 3,6 4,3 4,5 На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влияние многие причины и особенно существенное — метеорологические условия, а в темное время суток — освещение дорога. Таким образом, скорость свободного движения является случайной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близким к нему (рис. 2.6). Для потока однородных автомобилей распределение скоростей свободного движения может иметь существенные отклонения от нормального закона. Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными 0 5 10 15 20 25 30 35 0 45 60 65 75 80 90 105 110 |