Анализ эффективности кольцевого пересечения с пешеходными переходами

Оригинальная статья / Original article УДК 656.11

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-11 -231 -240

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛЬЦЕВОГО ПЕРЕСЕЧЕНИЯ С ПЕШЕХОДНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

© Н.А. Никитин1

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, 236016, Российская Федерация, г. Калининград, ул. А. Невского, 14.

РЕЗЮМЕ: В данной статье описано, каким образом пешеходные переходы влияют на пропускную способность кольцевых пересечений. В последние годы существует тенденция отдавать предпочтение кольцевым пересечениям вместо перекрестков со светофорным регулированием, так как кольцевое пересечение обладает значительными преимуществами, особенно в периоды времени между часами пик. Сбалансированность транспортных потоков оказывает существенное влияние на производительность кольцевого пересечения. В ходе проведения натурных обследований были зафиксированы заторовые ситуации, концентрация которых была особенно велика на въездах и на выездах наблюдаемого кольцевого пересечения. Сравнение эмпирических данных со значениями, приведёнными в нормативной документации по проектированию кольцевых пересечений, показало необходимость конструирования двухуровневой кольцевой развязки. Информация о корреспонденциях на исследуемом пересечении была обработана для дальнейшего её применения в имитационной модели. Для оценки транспортной ситуации и влияния на неё пешеходных потоков, была построена модель кольцевого пересечения. Основным параметром, по которому оценивалась эффективность работы данного участка улично-дорожной сети, было выбрано время задержки транспортных средств при проезде по пересечению. Моделирование проводилось по трём различным сценариям: кольцевое пересечение со светофорным регулированием и без него, а также при полном отсутствии пересекающихся пешеходных и транспортных потоков. Результаты компьютерного моделирования кольцевого пересечения подтвердили наличие больших задержек транспорта на данном участке улично -дорожной сети, которые были вызваны, в том числе, расположенными в непосредственной близости от въездов и выездов кольцевого пересечения пешеходных переходов.

Ключевые слова: кольцевое пересечение, транспортный поток, VISSIM, пропускная способность

Информация о статье: Дата поступления 08 сентября 2018 г.; дата принятия к печати 30 октября 2018 г.; дата онлайн-размещения 30 ноября 2018 г.

Для цитирования: Никитин Н.А. Анализ эффективности кольцевого пересечения с пешеходными переходами. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018;22(11 ):231—240. й01: 10.21285/18143520-2018-11-231-240.

EFFICIENCY ANALYSIS OF A ROUNDABOUT WITH PEDESTRIAN CROSSINGS

Nikolay A. Nikitin

Immanuel Kant Baltic Federal University,

14 A. Nevskiy St., Kaliningrad 236016, Russian Federation

ABSTRACT: This article describes the effect of pedestrian crossings on the roundabout capacity. Recently there is a tendency to use roundabouts instead of crossroads with traffic light regulation, since ring intersection has significant advantages, especially during the periods between rush hours. The balance of traffic flows has a significant impact on the performance of the roundabout. During the field surveys traffic jams were recorded. Their concentration was particularly high at the entrances and exits of the observed roundabout. Comparison of empirical data with the figures given in the regulatory documentation for the design of roundabouts, showed the need to design a two-level roundabout. Information on correspondences at the intersection was processed for further use in the simulation model. To assess the traffic situation and the impact of pedestrian flows on it, the roundabout model was constructed. The main parameter for assessing

Никитин Николай Андреевич, аспирант кафедры машиноведения и технических систем, e-mail: ninikitin@kantiana.ru

Nikolay A. Nikitin, Postgraduate of the Department of Machine Science and Engineering Systems, e-mail: ninikitin@kantiana.ru

the performance of this road network section was the delay time of vehicles when passing through the intersection. The simulation was carried out in three different scenarios: the roundabout with and without traffic lights as well as the complete absence of intersecting pedestrian and traffic flows. The results of roundabout's computer simulation confirmed the presence of big traffic delays on this section of the road network, which were caused, among other things, by the pedestrian crossings located in the close proximity to the roundabout's entrances and exits.

Keywords: roundabout, traffic flow, VISSIM, traffic capacity

Information about the article: Received September 08, 2018; accepted for publication 30 October, 2018; available online 30 November, 2018.

For citation: Nikitin N.A. Efficiency analysis of a roundabout with pedestrian crossings. Vestnik Irkutskogo gosudar-stvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(11):pp. 231-240. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2018-11-231-240.

Введение

Пересечения играют важную роль в функционировании улично-дорожной сети. В местах, где несколько дорог соединяются, пересечения позволяют контролировать количество транспортных средств, которые могут одновременно двигаться по соединяемым дорогам. Пропускная способность пересечения в городских условиях напрямую влияет на пропускную способность всей улично-дорожной сети города, особенно на дорогах с высокими интенсивно-стями движения.

Пересекающие и поворачивающие транспортные потоки необходимо направлять таким образом, чтобы обеспечивались максимальная безопасность и производительность пересечения.

На пересечениях основных магистральных дорог со средними или большими интенсивностями, а также при пересечении в одном месте четырёх и более дорог целесообразно устраивать кольцевые пересечения [1, 2].

Количество кольцевых пересечений в России постоянно растёт. Ключевыми аргументами при выборе типа пересечения руководствуются в первую очередь соображениями безопасности. Кольцевые пересечения в области безопасности движения имеют ряд преимуществ в сравнении с дру-

гими видами пересечений: меньшее количество конфликтных точек и небольшие углы слияния и переплетения транспортных потоков [3, 4].

Однако при проектировании или реконструкции пересечения инженеры часто сталкиваются с выбором типа пересечения, которое обеспечит приемлемые уровни безопасности и пропускной способности [5, 6]. Данный выбор обусловлен тем, что с каждым годом количество автомобилей неуклонно возрастает, что приводит к увеличению транспортных потоков. Поэтому для того, чтобы сделать выбор, необходимо принимать во внимание, какое из этих пересечений обладает большей пропускной способностью [7-9].

Правильно спроектированное кольцевое пересечение обладает увеличенной пропускной способностью в сравнении с нерегулируемым движением. Повышение пропускной способности наблюдается даже в тех случаях, когда преобладают потоки поворачивающих транспортных средств.

В основных нормативно-технических документах, в которых даются рекомендации по планировке кольцевых пересечений, таких как «Методические указания по проектированию кольцевых пересечений автомобильных дорог»* и

Методические указания по проектированию кольцевых пересечений автомобильных дорог. Утв. Министерством автомобильных дорог РСФСР 04.10.79 [Электронный ресурс] // Техэксперт. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200041476

ОДМ 218.4.005-2010 имеется номограмма - обоснование выбора типа пересечения, которая представлена на рис. 1 [1, 3].

В перечисленных выше документах используется соотношение интенсивностей движения на пересекающихся дорогах и созданы рекомендации по планировочным решениям [1, 3]:

- простые необорудованные пересечения;

- частично канализированные пересечения с направляющими островками на второстепенной дороге;

- канализированные пересечения с направляющими островками на второстепенной и главной дорогах и переходно-скоростными полосами, расположенными по главной дороге;

- кольцевые пересечения: а) со средними центральными островками; б) с малыми центральными островками; в) при числе пересекающихся дорог п >5 и с большими центральными островками;

- пересечения: а) кольцевые, обеспечивающие лучшие условия движения более загруженному направлению (с эллиптическим центральным островком и др.); б) в разных уровнях; в) при стадийном строительстве (I этап - кольцевое пересечение и II этап - пересечение в разных уровнях);

- пересечения: а) кольцевые с малыми центральными островками; б) в разных уровнях;

- пересечения: а) стадийное развитие (I этап - кольцевые пересечения с малыми центральными островками, II этап -пересечения в разных уровнях); б) пересечения в разных уровнях.

Правильно спроектированное кольцевое пересечение обладает увеличенной пропускной способностью в сравнении с нерегулируемым движением. Повышение пропускной способности наблюдается даже в тех случаях, когда преобладают потоки поворачивающих транспортных средств.

Рис. 1. Номограмма выбора типа планировочного решения пересечений Fig. 1. Nomogram for choosing the type of an intersection planning solution

**

ОДМ 218.4.005-2010 Рекомендации по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах [Электронный ресурс] // Техэксперт. Режим доступа: URL: http://docs.cntd.ru/document/1200084056

Однако при наличии больших пешеходных и велосипедных потоков сводит к нулю положительные эффекты кольцевых пересечений. Большинство колец строится в местах с высокой концентрацией населения, где ожидаемы плотные пешеходные потоки. По правилам дорожного движения РФ водитель обязан заблаговременно снизить скорость перед пешеходным переходом и пропустить пешеходов, даже если он один [10]. Таким образом, сочетание пешеходов, пересекающих дорогу в непосредственной близости от кольца, и больших транспортных потоков, въезжающих на кольцо, снижает общую пропускную способность и уровень транспортного обслуживания кольцевых пересечений.

Пешеходы, пересекая дорогу, влияют как на входящие, так и на исходящие

потоки транспортных средств кольцевого пересечения. Влияние на исходящие потоки представляется более важным, так как покидающие кольцевое пересечение транспортные средства могут блокировать потоки с других примыканий, что приводит к снижению пропускной способности участка улично-дорожной сети.

Для оценки влияния пешеходных потоков использовалось программное обеспечение PTV VISSIM, предназначенное для построения компьютерных моделей участков улично-дорожной сети. В данной работе это программное обеспечение использовалось для аналитического анализа производительности кругового пересечения с большими транспортными и пешеходными потоками.

Подготовка модели

Производительность кольцевого пересечения напрямую зависит от сбалансированности транспортных потоков. Это может проявляться, например, когда поток с основного направления блокирует въезд на кольцо со второстепенных направлений или в случаях, когда с основного направления преобладают левопоротный поток. Подобные ситуации вызывают очереди и задержки при движении по данному участку улично-дорожной сети.

Основным потоком на кольце могут

быть:

- большой непрерывный транспортный поток;

- небольшой, но постоянный поток со второстепенного направления, который имеет преимущество над основным.

Входные данные были собраны с помощью видеосъёмки на кольцевом пересечении площади Василевского и двух

близлежащих перекрёстках. Дополнительно была собрана информация о месторасположении дорожных знаков и светофорных объектов [11]. Кольцевое пересечение было смоделировано с помощью программного пакета PTV VISSIM, который регулярно применяется для решения подобных задач [14]. При микроскопическом моделировании было рассмотрено два случая: с пешеходными потоками и без них. Конфигурация кольцевого пересечения представлена на рис. 2.

Кольцевое пересечение было смоделировано, чтобы оценить транспортную ситуацию и влияние на неё пешеходных потоков. Ключевой характеристикой, которая характеризует эффективность работы пересечений является время задержки транспортных средств при проезде по данному участку улично-дорожной сети.

Рис. 2. Кольцевое пересечение на площади Василевского Fig. 2. Roundabout on Vasilevsky Square

Сравнение результатов

Представленные результаты являются средним значением многократных запусков с разными стартовыми числами. Параметры модели, которые применялись в VISSIM, представлены в табл. 1.

Кольцевое пересечение на площади Василевского имеет четыре подъезда.

Транспортные потоки и направления движения, полученные в результате обработки видеосъёмки, которые были использованы при моделировании, представлены в табл. 2. Также имеются три пешеходных перехода с плотными потоками.

Настройки для микромоделирования VISSIM

Таблица 1 Table 1

Settings for VISSi M micromodeling

Транспорт Скорость движения

Легковые автомобили 40 км/ч

Грузовой транспорт 40 км/ч

Общественные транспорт 30 км/ч

Пешеходы 5 км/ч

Велосипедисты 10 км/ч

Конфликтные зоны Стандартные настройки

Диаметр внутреннего островка кольца 28 м

Таблица 2

Транспортные и пешеходные потоки на площади Василевского

Table 2

Transport and pedestrian flows on Vasilevsky Square_

Ул. Черняховского

Направо 641

Прямо 701

Налево 1521

Ул.9 Апреля

Направо 349

Прямо 1006

Налево 611

Ул. Литовский вал

Направо 712

Прямо 1393

Налево 96

Ул. А.Невского

Направо 1137

Прямо 1261

Налево 120

Пешеходы (в час) -

Черняховского 483

9 Апреля 168

Литовский вал 140

Из данных табл. 2 видно, что на кольцевое пересечение приходится серьезная нагрузка как со стороны как автомобильного транспорта, так и со стороны пешеходного движения. При сравнении значений в табл. 2 со значениями на рис. 1 необходимо на данном участке использовать развязку в разных уровнях, что свидетельствует о серьезном просчёте при технико-экономическом обосновании. Для предотвращения подобных ошибок в будущем необходимо в полной мере учитывать транспортные потоки, а также пешеходные потоки в непосредственной близости от пересечения.

Симуляции в У18Б1М были использованы для анализа взаимосвязи между временем задержки и транспортными потоками при различных способах контроля движения на кольцевом пересечении. Модель была откалибрована и сравнена с

данными полевых исследований. Ввиду неудачной конфигурации зон пересечения и слияния потоков в модели использовались правила приоритета вместо конфликтных зон.

В процессе моделирования рассматривались следующие варианты регулирования движения на кольцевом пересечении:

• с фиксированными фазами для всех участников движения (реальная ситуация);

• нерегулируемое движение;

• перенос пешеходных переходов вблизи кольца под землю (отсутствие пешеходных потоков).

На рис. 2 представлена сигнальная программа, которая была определена в результате полевых наблюдений за перекрёстком.

Рис. 3. Сигнальная программа кольцевого пересечения Fig. 3 Roundabout signal program

Как можно заметить, программа с фиксированным временем является очень простой. При расчёте цикла и отдельных фаз не учитывались различные особенности пересечения, такие как:

• трамвайное движение, препят-ствующеее движению по кольцу;

• крупные потоки транспорта в прямом направлении и налево.

Также можно отметить, что одна из дорог остаётся не зарегулированной, что снижает эффективность светофорного регулирования.

При полевых исследованиях были замечены проблемы с пропускными способностями на подходах к перекрёстку, которые были вызваны наличием пешеходных потоков. Результаты микроскопического моделирования подтвердили наличие проблемы, что показано в табл. 3 (столбец 2).

Результаты микромоделирования показали, что пешеходные потоки напрямую влияют на производительность кольцевого пересечения. Данный факт обусловлен геометрией данного участка улич-но-дорожной сети. По законодательству РФ, если пешеход пересекает дорогу с более чем 2 полосами движения, то пешеходный переход обязательно должен быть

оборудован светофором. По данным табл. 3 (столбец 3) можно отметить, что подход к кольцу, не оборудованный светофором и не имеющий пересекающих его пешеходных потоков, обладает наименьшими показателями времени задержки.

На следующем этапе работы производилось микромоделирование пересечения без светофорного регулирования пешеходных потоков (табл. 3, столбец 3).

При сравнении результатов микромоделирования для ситуаций с и без светофорного регулирования пешеходных потоков можно сделать вывод о необходимости светофорного регулирования в условиях больших потоков пешеходов и транспорта. Пешеходные потоки на данном участке очень плотные и постоянные, что при отсутствии регулирования, приводит к задержке потока даже в случае перехода всего лишь одним человеком.

В последнем случае моделировалась ситуация, при которой пешеходные потоки не взаимодействуют с потоками транспорта, так как используются подземные переходы. Подобная реконструкция требует серьёзных финансовых затрат, однако полученные результаты (табл. 3, столбец 4) свидетельствуют о целесообразности подобного решения.

Таблица 3

Результаты микромоделирования VISSIM при фиксированном времени светофоров

Table 3

Results of VISSIM micromodeling at a fixed time of traffic lights

Время задержки, с

Направление при фиксированном с нерегулируемыми при отсутствии

времени светофоров пешеходными потоками пешеходов

1 2 3 4

Ул. ч ерняховского

Направо 129,74 131,22 41,95

Прямо 132,31 133,20 45,64

Налево 135,20 136,34 46,01

Ул.9 Апреля

Направо 40,13 43,88 19,95

Прямо 43,76 45,71 22,36

Налево 45,54 49,45 25,54

Ул. итовский вал

Направо 39,05 40,10 20,08

Прямо 42,88 46,29 23,21

Налево 43,45 47,98 24,00

Ул. А. Невского

Направо 15,09 16,75 18,60

Прямо 20,62 21,58 21,06

Налево 23,98 25,58 22,33

Среднее время задержки, с 86,64 91,27 42,03

Кольцевое пересечение обладает значительными преимуществами по сравнению с перекрёстком со светофорным регулированием, особенно в промежутках между часами пик. По результатам моде-

лирования кольцевого пересечения можно утверждать, что оно будет обладать максимальной пропускной способностью при отсутствии поблизости пешеходных потоков, пересекающих подходы к кольцу.

Заключение

Цель данного исследования состояла в рассмотрении кольцевого пересечения для оценки производительности при наличии устойчивых больших пешеходных потоков, пересекающих проезжую часть непосредственно перед кольцом.

Дополнительно была построена компьютерная модель, которая максимально приближена, в процессе микромоделирования, к текущей ситуации. Данные, использовавшиеся при построении модели, взяты из проектной документации и файлов видеонаблюдения. Визуальное наблюдение указывало на значительное влияние

светофорных фаз, которые формировались из-за больших пешеходных потоков. Модель без светофорного регулирования также показала, что пешеходы существенно влияют на производительность кольцевого пересечения. В данном исследовании не были выявлены критические уровни транспортных и пешеходных потоков, при которых происходит резкое уменьшение производительности пересечения. В процессе исследования программное обеспечение для микромоделирования позволило рассчитать задержки на участке улично-дорожной сети.

Библиографический список

1. Зедгенизов А.В., Лагерев Р.Ю., Левашев А.Г., Липницкий А.С., Михайлов А.Ю., Шаров М.И. Современные кольцевые пересечения. Иркутск: Иркутский-государственный технический университет, 2009. 106 с. Деп. в ВИНИТИ. 24.12.2009. № 823.

2. Hatami H., Aghayan I. Traffic efficiency evaluation of elliptical roundabout compared with modern and turbo roundabouts considering traffic signal control // Promet-Traffic & Transportation. 2017. Vol. 29. № 1. P. 1-11. DOI: https://doi.org/10.7307/ptt.v29i1.2053

3. Бойков В.Н., Субботин С.А. Анализ дорожно-транспортных происшествий с использованием ГИС IndorRoad // САПР и ГИС автомобильных дорог 2014. № 1 (2). С. 74-76. DOI: 10.17273/CADGIS.2014.1.16

4. Tollazzi T., Mauro R., Guerrieri M., Rencelj M. Comparative Analysis of Four New Alternative Types of Roundabouts: "Turbo", "Flower", "Target" and "Four-Flyover" Roundabout // Periodica Polytechnica-Civil Engineering 2016. Vol. 60. № 1 P. 51-60. https://doi.org/10.3311/PPci.7468

5. Левашев А.Г. Развитие градостроительных критериев оценки качества транспортного обслуживания населения // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2014. № 6 (11). С. 108-115.

6. Gallellia V., Iuelea T., Vaianaa R. Conversion of a semi-two lanes roundabout into a turbo-roundabout: a performance comparison // Procedia Computer Science. 2016. Vol. 83. P. 393-400

7. Кретинин А.С. Оптимизация движения на транспортных узлах в городских условиях // Инновационная наука. 2016. № 1-2 (13). С. 60-64.

8. Кривых И.В., Мирза Н.С. Проектирование транспортных развязок в IndorCAD // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014. № 1 (2). С. 36-41.

9. Zhaowei Qu., Yuzhou Duan, Xianmin Song, Yan Xing. Review and Outlook of Roundabout Capacity // Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology.2014. Vol. 14. Iss. 5. P. 15-22.

10. Шевцова А.Г., Кущенко Л.Е., Захаров В.М. Обзор различных видов организации дорожного движения на пересечении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 6-1. С. 39-44.

11. Nikitin N., Patskan V., Savina I. Efficiency Analysis of Roundabout with Traffic Signals // Transportation Research Procedia. 2017. Vol. 20. P. 443-449.

12. NCHRP Report 572. Roundabouts in the United States // Transportation Research Board. National Research Council. Washington, D.C. 2007, 125 p.

13. Roundabouts: An Informational Guide// Federal Highway Administration. Publication No FHWA-RD-00-67. 2000. 277 р.

14. Черненко А.О., Халипова Н.В., Лесникова И.Ю. К вопросу моделирования транспортных потоков с целью анализа загруженности дорог в городах // Транспортные системы и технологии перевозок. 2016. № 12. P. 90-98.

References

1. Zedgenizov A.V., Lagerev R.Yu., Levashev A.G., Lipnitskii A.S., Mikhailov A.Yu., Sharov M.I. Modern roundabouts. Irkutsk: Irkutsk state technical university, 2009. 106 p. Dep. v VINITI. 24.12.2009. № 823.

2. Hatami H., Aghayan I. Traffic efficiency evaluation of elliptical roundabout compared with modern and turbo roundabouts considering traffic signal control. Promet-Traffic & Transportation. 2017, vol. 29. no. 1, pp. 1-11. DOI: https://doi.org/10.7307/ptt.v29i1.2053

3. Boikov V.N., Subbotin S.A. Analysis of road accidents using GIS IndorRoad. SAPR i GIS avtomobil'nykh dorog [CAD and GIS for Roads]. 2014. № 1

4. Tollazzi T., Mauro R., Guerrieri M., Rencelj M. Comparative Analysis of Four New Alternative Types of Roundabouts: "Turbo", "Flower", "Target" and "Four-Flyover" Roundabout. Periodica Polytechnica-Civil Engineering. 2016, vol. 60, no. 1. pp. 51-60. https://doi.org/10.3311/PPci.7468

5. Levashev A.G. Development of the criteria of quality evaluation in transport public service. Izvestiya vuzov.

Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real Estate]. 2014. no. 11. pp. 108-115.

6. Gallellia V., luelea T., Vaianaa R. Conversion of a semi-two lanes roundabout into a turbo-roundabout: a performance comparison. Procedia Computer Science. 2016, vol. 83, pp. 393-400.

7. Kretinin A.S. Traffic optimization on transport hubs in urban conditions. Innovatsionnaya nauka [Innovation Science]. 2016, no. 1-2

8. Krivykh I.V., Mirza N.S. Design of interchanges in IndorCAD. SAPR i GIS avtomobil'nykh dorog [CAD and GIS for roads]. 2014, no. 1

9. Zhaowei Qu., Yuzhou Duan, Xianmin Song, Yan Xing. Review and Outlook of Roundabout Capacity. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology. 2014, vol. 14, iss. 5, pp. 15-22.

10. Shevtsova A.G., Kushchenko L.E., Zakharov V.M. An overview of different types of traffic organization at the intersection. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya Tula State

University. Technical Sciences]. 2015, no. 6-1, pp. 39-44.

11. Nikitin N., Patskan V., Savina I. Efficiency Analysis of Roundabout with Traffic Signals. Transportation Research Procedia. 2017, vol. 20, pp. 443-449.

12. NCHRP Report 572. Roundabouts in the United States. Transportation Research Board. National Research Council. Washington: D.C. Publ., 2007, 125 p.

13. Roundabouts: An Informational Guide. Federal Highway Administration. Publication No FHWA-RD-00-67. 2000. 277 p.

14. Chernenko A.O., Khalipova N.V., Lesnikova I.Yu. Traffic load analysis based on traffic flows modeling. Transportnye sistemy i tekhnologii perevozok [Transport Systems and Transportation Technologies]. 2016, no. 12, pp. 90-98.

Критерии авторства

Никитин Н.А. имеет на статью авторские права и несут ответственность за плагиат.

Authorship criteria

Nikitin N.A. have author's rights and bear responsibility for plagiarism.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests

The author declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.