Проблема управления магистральными улицами в условиях плотного транспортного потока

УДК 656.135

ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫМИ УЛИЦАМИ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОГО ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА

1 2 Р.Ю. Лагерев , А.В. Зедгенизов

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены проблемы управления транспортными потоками на сетях городских магистральных улиц, в том числе причины транспортных заторов, даны рекомендации по их устранению на основе методов, применяемых в России и за рубежом. Обоснована необходимость совершенствования российских руководств по проектированию регулируемых пересечений. Предложено разработать алгоритм управления транспортными потоками, основанный на управлении очередями транспортных средств. Ил. 4. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: перенасыщение транспортного потока; управление транспортным потоком; задержки транспортных средств.

THE PROBLEM TO CONTROL TRUNK ROADS UNDER THE DENSE TRAFFIC FLOW R.Yu. Lagerev, A.V. Zedgenizov

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article deals with the problems to control traffic flows in the networks of city trunk streets, including the causes of traffic congestions. They give recommendations on their elimination on the basis of the methods used in Russia and abroad. They prove the necessity to improve Russian manuals on the design of controlled intersections. The authors propose to develop an algorithm to control traffic flows based on the control of vehicle queues. 4 figures. 10 sources.

Key words: oversaturation of traffic flow; traffic control; delays of vehicles.

IX международная конференция «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах», прошедшая в Санкт-Петербурге 23-24 сентября 2010 г., ещё раз подтвердила актуальность и значимость проблемы транспортного обслуживания во многих российских городах. Современный уровень автомобилизации, который только в Иркутске достиг сегодня значения 240-250 автомобилей на 1000 жителей (что превышает показатели, предусматриваемые действующими нормативными документами), обязывает вынести задачи оптимизации городских транспортных сетей на первый уровень, что и было предпринято правительством Москвы в конце октября 2010 г.

Первоочередной задачей, поставленной президентом РФ перед Сергеем Собяниным после его вступления в должность мэра Москвы, являлась разработка «плана мероприятий по нормализации транспортной обстановки в Москве». Основными мероприятиями для восстановления транспортной ситуации в столице Собянин назвал: наведение порядка в дорожных и коммунальных службах, сокращение времени рассмотрения ДТП, ограничение грузовых потоков по столице, изменение графика работы городских учреждений, ограничение парковок автотранспорта у крупных торговых центров [1]. «Посмотрите, что делается

в центре города. Практически машины возле бордюра стоят в два ряда везде. При этом мы начинаем строить новые улицы. А что толку-то их строить, если мы на старых улицах, действующих, не можем навести порядок. Бессмыслица полная», - сказал Собянин в эфире «Вестей» 30 октября 2010 г. Мэр Москвы уверен, что решительную борьбу с рекордными, даже по мировым меркам, столичными пробками надо, прежде всего, начинать с нормализации ситуации на уже имеющихся дорогах. Он сказал, что парковка не должна быть бесплатной и «административные санкции должны быть за то, что вовремя в нужном месте не паркуют» [2].

Хотелось бы подчеркнуть, что в нашей стране транспортные проблемы решались и до сих пор решаются не специалистами, а депутатами, политиками, градоначальниками. Сейчас стало известно, что в планах правительства Москвы для повышения эффективности регулируемых пересечений намечена корректировка режимов работы более 200 светофорных объектов. Становится интересным, какими методиками будут руководствоваться службы, отвечающие за работу технических средств организации дорожного движения? Алгоритмов оптимизации работы светофорных объектов в условиях перенасыщения регулируемых пересечений в нашей стране не существует.

1Лагерев Роман Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента на автомобильном транспорте, тел.: (3952) 405353, e-mail: lagerev.roman@gmail.com

Lagerev Roman, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Management in Automobile Transport, tel.: (3952) 405353, e-mail: lagerev.roman @ gmail.com

2Зедгенизов Антон Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента на автомобильном транспорте, тел.: (3952) 405353, 403013, e-mail: azedgen@mail.ru

Zedgenizov Anton, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Management in Automobile Transport, tel.: (3952) 405353, 403013, e-mail: azedgen@mail.ru

Что касается рекомендаций по устранению транспортных заторов, то здесь также имеется огромный пробел как в научном, так и практическом плане. Ни в одном российском нормативном документе нет чёткого понимания термина транспортный затор, а значит и не может быть чётких действий по их устранению, хотя действующие в РФ «Правила дорожного движения» прямо ссылаются на термин затор в пункте 13.2. Поэтому, по мнению авторов, первоочередной задачей в борьбе с пробками является унификация термина транспортный затор, разработка классификации заторов и их характеристик.

Анализ зарубежных работ позволяет утверждать, что столь распространённые во всём мире транспортные заторы имеют одинаковую физическую природу и характеристики. Поэтому на начальном этапе можно и даже нужно учитывать и обобщать опыт зарубежных специалистов не с целью прямого заимствования, а для ознакомления с подходом к решению данного вопроса.

В проектном задании научно-исследовательского отчёта «Методы управления транспортными потоками в условиях затора» («Traffic control in oversaturated street networks»), выполненного Департаментом транспорта США, отмечалось: «В последнее время наблюдается значительное повышение нагрузки на транспортные сети в центральных районах городов и местах активной деятельности трудового населения, приводящее к серьёзным перебоям в транспортном обслуживании. В условиях затора или перенасыщения эффективность обслуживания транспорта сводится к нулю, а существующие методы управления потоками эффективны, когда загрузка сети улиц не превышает пропускной способности. Необходимо провести научно-исследовательскую работу для изучения причин образования транспортных заторов в национальном масштабе, для выявления возможных вариантов противодействия этой проблеме с использованием существующих технологий, а также для начала проведения систематических исследований, направленных на повышение эффективности управления насыщенными транспортными сетями» [10].

Причины заторов ^ классификация заторов ^ рекомендации по их устранению - такова последовательность, которой придерживались авторы отчёта. Работа выполнялась в масштабах всей страны на протяжении нескольких лет, проводится и в настоящее время. Особого внимания заслуживает последний отчёт Федерального агентства транспорта США (FHWA) «Управление регулируемыми пересечениями в условиях насыщения», опубликованный в ноябре 2008 г. [7]. Сегодня в США развернулась федеральная программа под названием «Управление транспортными сетями в условиях затора» (Congestion management).

В Российской Федерации исследования в таких объёмах не проводились, приходится ограничиваться отдельными изысканиями в рамках диссертационных работ. Это является основной причиной отсутствия в нашей стране унифицированных общепринятых методик по управлению потоками в заторовых и предзато-ровых ситуациях. По мнению авторов, транспортный затор есть последствия нарушения в системе облуживания транспортных потоков, сопровождающиеся образованием очередей транспортных средств. В периодике встречается множество частных определений, и все они объединяются тем, что предлагаемые для них описания не дают полного представления о степени насыщения перекрестка, об условиях его функционирования и не могут использоваться как параметр управления улично-дорожной сетью (УДС).

Первостепенной задачей является выбор такого критерия, который в дальнейшем можно использовать как параметр управления транспортными сетями в условиях затора, что позволит сформулировать математическую постановку задачи управления.

Проведённый обзор отечественной и зарубежной литературы показал наличие неопределённости в трактовке терминов затор (congestion), насыщение (saturation) и перенасыщение (oversaturation). Например, в нашей стране эти термины рассматриваются как синонимы, хотя в действительности относятся к совершенно разным понятиям, характеризующим

Характеристики функционирования перекрестка

2. В условия затора

В условиях насыщенного затора

Неустойчивый транспортный поток (утГаЫе) — очередь ТС увеличивается из цикла в цикл, задержки ТС местные, насыщение кратковременное

Рис. 1. Условия функционирования регулируемых пересечений

функционирование элементов УДС в условиях заторов. Авторы отчёта [10] предложили очень простую и очень понятную широкому кругу специалистов классификацию транспортных заторов, основанную на длине очередей транспортных средств (ТС) (рис. 1):

При свободных условиях (uncongested operations) функционирование перекрёстка характеризуется отсутствием образования очередей. Величина транспортного потока варьируется от минимальных значений интенсивностей движения до величины пропускной способности и обслуживается за светофорный цикл. Пропускная способность стоп-линий в таких условиях не превышает интенсивности прибытия.

Заторовые условия (congested operations) характеризуются широким диапазоном функционирования перекрёстка, начиная от незначительного превышения интенсивности над пропускной способностью подхода и заканчивая образованием сетевого затора. Поскольку понятие затор не даёт полного представления о ситуации на перекрёстке, авторы отчёта [10] предложили следующую классификацию заторов: насыщенный (saturated) и перенасыщенный (oversatu-rated).

Насыщенный затор характеризуется образованием локальных очередей ТС. Локальная очередь означает, что очередь и остановки не влияют на функционирование соседних пересечений. Насыщенный затор, в свою очередь, подразделяют на устойчивый (stable) и неустойчивый (unstable). Устойчивое насыщение характеризуется не распространяющимися очередями, а под неустойчивым насыщением понимают образование затора с сопровождением роста очередей ТС.

Перенасыщенный затор (см. рис. 1) - ситуация, при которой очередь ТС от перекрёстка, достигая предыдущих перекрёстков, полностью нарушает их функционирование, образуя сетевой затор.

Представляется, что наилучшее определение транспортного затора в случае рассмотрения управления системой регулируемых пересечений - состояние, количественно оцениваемое длиной очереди ТС в линейных единицах. Предложенное авторами [10] определение полностью совпадает с понятием перенасыщение, предложенное в работе [7], и в дальнейшем развитое авторами [5].

Предлагаемое определение затора позволяет ис-

пользовать количественный критерий управления загруженными магистральными улицами, который формулируется как длина перегона минус длина очереди. Данный критерий даёт возможность математической постановки задачи управления городской магистралью с целью снижения вероятности образования транспортных заторов.

Статистические данные интенсивности движения на магистральных улицах США и Европы свидетельствуют о том, что именно на магистралях сосредотачиваются основные транспортные потоки. Другими словами, выполняется принцип «концепции концентрации» [4], что вызывает в последнее время существенный интерес к совершенствованию управления транспортными потоками именно на дорогах высшей категории. Вместе с этим, ежегодное увеличение транспортной нагрузки на основные магистрали приводит к устойчивому снижению скорости движения транспортного потока и образованию заторовых ситуаций. Появление заторов, даже при наличии запаса пропускной способности, объясняется нечёткой и несогласованной работой светофорной сигнализации, что ведёт к увеличению длины очередей ТС на перекрёстках. При условиях движения, близких к заторо-вому состоянию, очередь ТС может не уместиться на перегоне между соседними перекрёстками, что приводит к нарушению режима работы светофорной сигнализации предыдущего перекрёстка. Такая ситуация, распространяющаяся на несколько перекрёстков, в зарубежной литературе получила название сетевого затора (network congestion), или перенасыщения сети (oversaturated network) (см. рис.1).

Именно поэтому в последнее время основными приоритетами в области организации дорожного движения являются вопросы управления магистралями в условиях плотных транспортных потоков. В зарубежной теории и практике управления транспортными потоками уже на протяжении многих лет особое внимание уделяется разработке новых принципов и норм управления магистральными улицами в условиях высокого уровня автомобилизации и плотных транспортных потоков, получивших научное направление -управление магистральными улицами (arterial management). Под современной системой управления магистральными улицами понимается система менеджмента, представленная следующими направлениями (рис. 2):

Управление магистральными улицами

1Z

Оптимизация режимов работы светофорных объектов

\7

Управление доступом

Рис. 2. Научные подходы к управлению сетью магистральных улиц

Доступ к улице

Рис. 3. Первый принцип управления доступом - соблюдение функциональной

иерархии улиц и дорог

Первое направление - traffic signal management,

включает модернизацию светофорных объектов. По данным института инженеров автомобильного транспорта (ITE) только в США около 75% светофорных объектов требуют модернизации, включая оптимизацию режимов работы, что позволит значительно повысить эффективность и безопасность функционировании узлов транспортной сети. Затраты на выполнение корректировки схем работы светофорных объектов обеспечивают рентабельность 1/40, другими словами, каждый инвестируемый в программу оптимизации доллар приносит участникам дорожного движения эффект, оцениваемый в 40 долларов, за счёт снижения транспортных задержек, остановок и повышения скоростей сообщения.

Внедрение ТС адаптивного координированного управления транспортными потоками позволяет до 20% увеличить скорость сообщения по сравнению с жёстким светофорным регулированием.

Мониторинг транспортных потоков с использованием детекторов транспорта и средств видеонаблюдения позволяет оперативно выполнять корректировку режимов работы светофорной сигнализации для обеспечения оптимального обслуживания транспортных и пешеходных потоков.

В Калифорнии с 1984 г. действует программа автоматизированного контроля и анализа за состоянием транспортных потоков (Traffic Surveillance and Control Program), охватывающая 1170 регулируемых пересе-

чений, оборудованных 4509 различными типами детекторов транспорта. Реализация данной программы позволила снизить потребление топлива на 13%, выбросы вредных веществ - на 14%, число остановок транспортных средств - на 41%, транспортные задержки - на 44%. Средняя скорость сообщения при этом повысилась на 18%.

Второе направление - access management - система норм и стандартов, регулирующих право въезда/выезда на магистральные улицы с граничащих территорий и прилегающих улиц. Регламентирование въездов/выездов на основную проезжую часть и обратно рассматривается по многим позициям. Существующие нормы на размещение примыканий местных проездов, в первую очередь, учитывают количество и характер конфликтных точек, возникающие помехи движению основного транспортного потока, снижение пропускной способности и рассматриваются как принципы управления доступом.

Для соблюдения данных принципов необходимо:

1. Обеспечивать такое распределение транспортных потоков по УДС, чтобы движение на большие расстояния обслуживали магистральные улицы (шоссе), а местные дороги обслуживали прилегающие территории. В этой связи данный принцип управления доступом можно рассматривать как функциональную иерархию улиц (рис. 3).

В соответствии с данным принципом на магистральных дорогах осуществляется ограничение или

ДО: 11 конфликтных точек

ПОСЛЕ: 6 конфликтных точек Левоповоротные потоки отделены от основного

г

Рис. 4. Второй принцип управления доступом - максимальное исключение конфликтных точек в пространстве

полный запрет паркования, обеспечивается жёсткий контроль доступа, включая полную изоляцию от пешеходных потоков. Он также позволяет достичь чёткой дифференциации функциональной принадлежности улиц и дорог.

2. Максимально исключать конфликтные точки в пространстве транспортных потоков на дорогах высшей категории путём размещения разделительных полос, барьеров, кольцевых пересечений, возведением многоуровневых развязок (рис. 4).

Необходимо отметить, что управление доступом ТС (access management) в большей степени относится к стадии проектирования комплексных схем организации дорожного движения, в то время как система управления светофорными объектами (traffic signal management) может рассматриваться как рабочая стадия проектирования, объём и степень детализации которой определяют характеристики участков транспортных сетей. В этой связи access management и traffic signal management отличаются объектами и масштабами проектирования.

В заключение хотелось бы остановиться на следующих основных моментах:

1. Используемые в РФ руководства по оптимизации работы светофорных объектов, основанные на

принципах теории массового обслуживания и разработанные в конце 50-х гг. прошлого столетия, предназначены для случаев, когда пропускная способность стоп-линий не превышает интенсивности прибытия. В этой ситуации очевидна необходимость в разработке и утверждении новых нормативов и руководств по управлению сетью магистральных улиц.

2. В большинстве российских городов нарушается важнейший принцип функциональной специализации различных классов улиц и дорог, который положен в основу как норм проектирования уличных сетей, так и современных принципов организации дорожного движения.

3. Анализ мирового опыта и проведённые исследования в городах, где развитие систем управления светофорными объектами в организации дорожного движения занимает доминирующее направление (например, Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Ростов-на-Дону) показали, что внедрение современных систем управления светофорным регулированием позволяют значительно повысить пропускную способность городских магистралей и уровень облуживания транспортных и пешеходных потоков.

Библиографический список

1. http://top.rbc.ru/society/29/10/2010/490092.shtml

2. http://www.rg.ru/2010/10/25/sobjanin.html

3. Капитанов В.Т., Хилажев Е.Б. Управление транспортными потоками в городах. М.: Транспорт, 1985. 94 с.

4. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей. Новосибирск: Наука, 2004. 266 с.

5. Abu-Lebdeh, Ghassan and Rahim F. Benekohal. "Genetic Algorithm for Traffic Signal Control and Queue Management of Oversaturated Two-Way Arterials" In Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board No. 1727, TRB, National Research Council, Washington, DC, 2000. Р. 61-67.

6. Edward B. Lieberman and Carroll J. Messer. NCHRP 3-

38(4) Final Report: Internal Metering Policy for Oversaturated Networks. TRB, National Research Council, Washington DC, 1992.

7. Gazis, D. C., "Optimal Control of a System of Oversaturated Intersections", Operations Research, 1964. Vol. 12. Р. 815-491.

8. Michalopoulos, P.G., Stephnopolos, G. Optimal Control of Oversaturated Intersections Theoretical and Practical Considerations, Transportation Engineering & Control, 1978. № 5. Р. 216-221.

9. Signal Timing Under Saturated Conditions / FHWA-HOP-09-008, 2008. 80 p.

10. Traffic control in oversaturated street networks / NCRHP report N194. 1978. 152 p.

УДК 629. 33. 017

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ ДВУХОСНОГО КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

А. Г. Осипов

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены результаты математического моделирования процесса торможения колёсного транспортного средства при использовании плоской расчётной модели. Рассмотрены три расчетные схемы: 1 - первыми блокируются колеса задней оси при некотором недоиспользовании сил сцепления передних колёс с опорной поверхностью; 2 - первыми блокируются колёса передней оси; 3 - одновременно блокируются все колёса. Ил. 20. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: математическая модель; расчёт; процесс торможения; колесное транспортное средство; безопасность движения.

1Осипов Артур Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и стандартизации машиностроения, тел.: 89501448951, (3952) 405046.

Osipov Arthur, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Designing and Standardization of Mechanical Engineering, tel.: 89501448951, (3952) 405046.