Оценка уровня адаптации транспортного потока к улично-дорожной сети

УДК 656.13

В.Н. Басков, Е.И. Видманова ОЦЕНКА УРОВНЯ АДАПТАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА К УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ

В данной статье рассмотрены факторы, определяющие условия формирования транспортных потоков, количественные и качественные показатели процесса дорожного движения. Показана зависимость времени доставки грузов и пассажиров в условиях риска. Также показано негативное влияние загруженности улично-дорожной сети на экономические и временные потери.

Дорожно-уличная сеть, уровень загрузки, процесс дорожного движения, транспортный поток, «двухжидкостная модель», модель «уровень риска», время доставки

V.N. Baskov, E.I. Vidmanova ESTIMATION OF LEVEL OF ADAPTATION OF THE TRANSPORT STREAM TO THE ROAD-STREET NETWORK

In given article the factors defining conditions of formation of transport streams, quantitative and quality indicators ofprocess of traffic are considered. Dependence of time of delivery of cargoes and passengers in the conditions of risk is shown. Also negative influence of congestion of a road-street network on economic and time losses is shown.

Road-street network, loading level, traffic process, transport stream, «two-liquid model», model «risk level», delivery time

Высокий уровень загрузки улично-дорожной сети в городах сопровождается резким снижением скоростей сообщения и транспортными заторами. Это приводит к росту аварийности, повышению времени доставки грузов и в конечном итоге к огромным экономическим потерям.

Учитывая это, исследования вопросов оптимизации использования пропускной способности существующей дорожной структуры путем прогнозирования возникновения пробок и корректировки маршрутов движения является актуальным и позволит совершенствовать организацию перевозочного процесса.

Одной из причин возникновения пробок является то, что транспортные потоки и уличнодорожной сеть не адаптированы друг к другу. Для оценки уровня приспособленности (адаптации) транспортного потока к улично-дорожной сети используются различные количественные показатели, характеризующие условия движения транспортного потока.

Анализ ряда исследований [1, 2] показал, что процесс дорожного движения характеризуется комплексом показателей, которые определяют уровень организации самого процесса с одной стороны, а с другой стороны - характеризуют условия в которых происходит перевозка пассажиров и грузов (рис. 1).

Обилие различных вариантов организации дорожного движения (ОДД) приводит к использованию целого набора частных критериев. В целом критерии оценки условий ДД можно разделить на частные и интегральные.

В процессе исследований в области кинетической теории транспортных потоков авторы Роберт Герман и Илья Пригожин создали «двухжидкостную» модель транспортного потока (Two-Fluid Model) [3]. При этом целью создания модели стала оценка режима движения транспортного потока по городской дорожно-уличной сети. В соответствии с этой моделью поток транспортных средств рассматривается состоящим их двух потоков (соответственно движущиеся транспортные средства и стоящие транспортные средства). Сама модель базируется на двух предположениях:

• Vr средняя скорость движения по улично-дорожной сети пропорциональна доле автомобилей, находящихся в движении fr;

• Доля времени остановок тестирующего автомобиля, движущегося по сети, равна средней доле времени остановок всех транспортных средств, осуществляющих движение по рассматриваемой сети в тот же период времени.

В соответствии с первым предположением средняя скорость движения по улично-дорожной

сети Vr

V=V fn

v r v maxjr > \LJ

где Vmax - средняя максимальная скорость движения;

n - параметр, характеризующий качество обслуживания транспортного потока сетью.

Второе предположение модели получает следующий вид

fs = Ts /T ,

где fS - доля остановившихся автомобилей;

Ts - среднее время простоя при проезде участка единичной длины;

Т - время поездки в расчете на единицу длины.

Оценка затрат времени на проезд участка улично-дорожной сети единичной длины Т представляет собой:

Т _ Т„п(1 - Л )-<"*" = т„п [1 - (Т / Т)Г‘ "+",

где Ттп - среднее минимальное время проезда участка единичной длины.

Рис. 1. Факторы, определяющие уровень организации дорожного движения

Поскольку Т=ТГ+Т5 получаем оценку времени движения на участке дорожно-уличной сети единичной длины Тг и, соответственно, среднего времени простоя при проезде участка дорожноуличной сети единичной длины Т5 в следующем виде

т _ т 1/<и+1) т 1/<п+1)

Т _ Т-

Т

1 /

Уравнение оценки (5) является ключевым в двухжидкостной модели. Таким образом, качество обслуживания транспортного потока будет характеризоваться двумя параметрами п и Ттп. Оба параметра определяют в результате обработки статистических данных с применением регрессии, для чего выражение (5) преобразуют в линейные зависимость

1п Т _^—1п Т_ + -^1п Т .

п +1

п +1

Представленные выше модель и критерий Германа-Пригожина позволили получить системную оценку транспортной ситуации на дорожно-уличной сети в целом, т.е. количественно измерять чувствительность условий движения к повышению загрузки улично-дорожной сети. Для оценки параметров п и Ттп необходимы данные об удельных показателях времени поездки Т и времени простоя Т5 .

Параметр п модели Германа-Пригожина показывает чувствительность скорости сообщения к увеличению загрузки улично-дорожной сети и используется как интегральный критерий оценки качества обслуживания транспортного потока на сети, т.е. используется как интегральный показатель качества ОДД. По результатам исследований [4, 5] параметр варьирует в диапазоне 0,8-3. Меньшие значения соответствуют лучшим условиям движения, а высокие худшим.

Отмечено [5], что критерий достаточно чувствителен к таким характеристикам как: плотность улично-дорожной сети, расстояние между пересечениями (длина перегонов), доля улиц с односторонним движением и т.п. Поэтому, на наш взгляд, можно разработать достаточно детализированный инструмент оценки уровня организации дорожного движения в городах, основанный на применении критерия Германа-Пригожина, который будет отражать влияние многих характеристик уличнодорожной сети. Для этого необходимо создать оценочную градацию значений данного критерия, соответствующих определенным условиям движения как, например, это сделано для показателя уровня обслуживания. Т.е. нужно установить диапазон значений критерия и создать описание качественных и количественных характеристик состояния транспортного потока, соответствующих каждому из уровней значений критерия Германа-Пригожина. Это позволит непосредственно в процессе экспериментальной оценки условий движения получить оценку качественного состояния транспортного потока на исследуемом участке улично-дорожной сети.

Одной из причин возникновения пробок на улично-дорожной сети является ДТП. Несоблюдение безопасной дистанции часто приводит к столкновениям автомобилей при экстренном торможении лидирующего. Основным фактором, который влияет на величину безопасной дистанции, является скорость движения: чем выше скорость движения, тем большую безопасную дистанцию требуется соблюдать при движении.

Снижение безопасной дистанции при увеличении скорости движения обусловлено определенным предположением водителей задних автомобилей, что лидирующие автомобили не прибегнут к экстренному торможению. Причем, чем «сильнее» это предположение, количественная оценка которого выражается определенным уровнем риска, тем больше разница между величинами расчетной и фактической дистанций:

где кр - уровень риска внезапной остановки; ёб - безопастная дистанция; и0 - скорость автомобиля;

Зтт - минимальное расстояние между автомобилями при остановке; т - время реакции водителя.

Проведенные исследования [6] показали, что значение параметра кр различается в зависимости от условий движения.

Модель дистанции «уровень риска» по выражению отражает субъективное восприятие и оценку водителями дорожной ситуации, которая не всегда отвечают интересам безопасности движения. Поэтому модель «уровень риска» может использоваться при анализе влияния факторов различной природы на характеристики транспортных потоков.

С другой стороны, возникновение затора на дороге (пробки) увеличивает время доставки грузов и пассажиров Тдост либо из-за простоев в пробке, либо из-за «объезда» ее. При этом оптимальное время доставки при объезде затора можно достичь увеличением средней скорости движения на «свободном» участке улично-дорожной сети. Учитывая это, зависимость времени доставки грузов и пассажиров в условиях риска возникновения затора на расчетном маршруте можно представить следующей зависимостью:

где Тдост - время доставки груза, ч;

^огт -оптимальное (кратчайшее) расстояние от поставщика до потребителя, км; Здоп - расстояние, потраченное на объезд пробки (дополнительное), км;

Уср - средняя скорость автомобиля в потоке, км/ч;

КЗАд - показатель степени риска возникновения затора.

Ш1П ’

+ 8

Используя обоснованные выше предпосылки можно оценить потери от загруженности транспортной сети и предложить варианты определения оптимального маршрута перевозок с учетом «объезда» участка улично-дорожной сети занятого затором.

При этом в часы существования затора потери времени можно рассчитывать по формуле

П _ V Д*N* *з * Т

зат о/тпп ТГ зат ’ v ’

1_1 3600 * К max

где Д - число дней с существованием заторов на УДС, принято 300 за вычетом выходных и праздничных дней;

N - интенсивность движения в направлении пересечения в «час пик», авт/ч;

Тзат - среднее время существования затора в зависимости от длины затора и принадлежности магистральной улицы к характерному району (центр, периферийная зона или остальные магистрали);

Кмах - коэффициент, учитывающий отношение максимальной наблюдаемой длины затора к его средней длине;

t3 - время задержки, т.е. движения автомобиля в заторе, с.

При этом общие экономические потери можно представить адекватной экономической оценкой потерянного при вынужденных задержках в заторах времени автомобилями и пассажирами (маш-ч и пасс-ч).

Потери пассажиров в режиме однократной остановки определяют по формуле

оОЙН _ V Д * Спас • (Тк + 2Тж) * Тд1 • (Nл * пл + Nа * па) . пас V Тц • 3600 * Кчм ’

где Спас - средняя стоимость пассажиро-часа (средняя почасовая ставка заработной платы);

N и N - соответственно интенсивности легковых автомобилей и автобусов в «час пик»,

авт/ч;

пл и па - соответственно среднее количество пассажиров в легковом автомобиле и автобусе Кчм - коэффициент перехода от часовой к суточной интенсивности движения.

Потери пассажиров в режиме затора определяют:

^зат _ ^ Д * Спас 'tз '

Sпас _ V тг *т зат ;

1_1 3600 *К max

Таким образом предложенные показатели и критерии можно использовать для оценки уровня адаптации транспортного потока к дорожно-уличной сети на которой возникают заторы. При этом пояляется возможность альтернативного маршрута с учетом «объезда» пробок, но с сохранением времени доставки грузов и пассажиров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лопатин, А.П. Моделирование перевозочного процесса на городском, пассажирском транспорте / А.П. Лопатин. М.: Транспорт, 1985.

2. Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог / В.В. Силь-янов. М.: Транспорт, 1984.

3. Herman R., Prigogine I. A Two-Fluid Approach to Town Traffic // Science. 1979. Vol. 204. P. 148-151.

4. Блинкин М.Я. Системная оценка условий движения на базе модели Германа-Пригожина / М.Я. Блинкин, Б.А. Ткаченко // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния, Екатеринбург: Изд-во АБМ, 2009. С. 135-143.

5. Traffic Flow Theory Revised 2001//Committee on Traffic Flow Theory and Characteristics. 2001.

386 p.

6. Ларин О.Н., Приходько А.П. и др. Развитие транзитного потенциала автотранспортных систем регионов: монография / О.Н. Ларин, А.П. Приходько, В.Д. Шепелёв, А.А. Кажаев. М.: ВИНИТИ РАН, 2010. 344 с.

Басков Владимир Николаевич - Vladimir N. Baskov -

доктор технических наук, профессор, Dr. Sc., professor,

заведующий кафедрой «Организация перевозок и управление на транспорте» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Видманова Екатерина Игоревна -

аспирант кафедры «Организация перевозок и управление на транспорте» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.

Статья п

head of Department «Organization and management of transport» Gagarin Saratov State Technical University

Ekaterina I. Vidmanova -

graduate student of «Organization and management of transport» Gagarin Saratov State Technical University

в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13