Глава 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Глава 2

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

2.1. Транспортный поток

Многолетний зарубежный и отечественный опыт научных иссле­дований и практических наблюдений за транспортными потоками по­зволил выделить наиболее объективные показатели. По мере совершен­ствования методов и аппаратуры для исследования транспортных по­токов номенклатура показателей, используемых в организации дорож­ного движения, продолжает развиваться. Наиболее 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.

На УДС 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. На рис. 2.1 показан пример картограммы, характеризующей интенсивность транспортных потоков (в автомобилях в час) на магистральных улицах города.

Термин "час пик" является условным и объясняется лишь тем, что час является основной единицей измерения времени. Продолжительность наибольшей интенсивности движения может быть больше или меньше часа. Поэтому наиболее точным будет понятие пико­вый период, под которым подразумевают время, в течение которо­го интенсивность, измеренная по малым отрезкам времени (напри­мер, по 15-минутным наблюдениям), превышает среднюю интен­сивность периода наиболее оживленного движения. Периодом наи­более оживленного движения на большинстве городских и внего­родских дорог обычно является 16-часовой отрезок времени в те­чение суток (примерно с 6 до 22 ч). В условиях перенасыщения УДС транспортным потоком на ряде ма­гистралей Москвы и других крупных городов в течение практически всего активного периода суток наблюдается "пиковая" интенсив­ность (линия 3 на рис. 2.2), сопровождающаяся заторовыми явлениями.

Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномернос­ти К_н. Этот коэффициент может быть вычислен для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящейся на дан­ный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивно­сти к средней за одинаковые промежутки времени.

Рис. 2.1. Картограмма среднесуточной интенсивности транспортных потоков в городе Рис.

где 12 – число месяцев в году; N_ам – интенсивность движения за срав­ниваемый месяц, авт/мес; N_aг – суммарная интенсивность движения за год, авт/г.

2.2. Изменение интенсивнос­ти в течение суток на городской магистрали радиального направле­ния: 1 – движение из центра; 2 – дви­жение к центру; 3 – движение в условиях перенасыщения транс­портным потоком

Рис. 2.3. Примерное изменение ин­тенсивности транспортного потока в течение года: 1 – на дороге федерального зна­чения; 2 – на дороге областного значения

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 публикациях по дорожному движению применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности дви­жения. Под объемом движения понимают фактическое число автомо­билей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период.

Для характеристики пространственной неравномерности транс­портного или пешеходного потока могут быть также определены соот­ветствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог аналогично временной неравномерности.

Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часо­выми значениями. При этом наиболее важен этот показатель в пико­вые периоды. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в "часы пик" в различные дни недели может иметь неодина­ковые значения.

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 интенсивность движения в каждом направле­нии имеет самостоятельное значение.

Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирова­ния движения в городских условиях, важна 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.

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 многих западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80 – 90% общей численности парка. По мере роста автомо­билизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке нашей страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Во многих случаях эта доля достигает уже 70 – 90%.

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_а и дистанцию d, называемую дистанцией безопасности.

Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчет­ному определению L_д, предлагаемых различными авторами (см. под­раздел 2.4).

Рис. 2.4. Динамический габарит автомобиля в плотном транспортном потоке

В табл. 2.2 приведена полная классификация автотранспортных средств, установленная КВТ ЕЭК ООН.

Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, маневренности автомобиля, 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 легкового автомобиля лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди, 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.

При обследованиях транспортных потоков большой интенсивнос­ти определенную трудность представляет задача точного определения грузоподъемности каждого грузового автомобиля. Поэтому можно при­бегнуть к упрощенному методу учета этой категории транспортных средств и принять для всех грузовых автомобилей грузоподъемностью 2 – 8 т обобщенный коэффициент 2.

При описании характеристик транспортного потока, как в пись­менной форме, так и в виде графиков, следует обратить внимание на необходимость указывать соответствующую размерность в физических единицах (авт/ч) или в приведенных (ед/ч).

Таблица 2.2

где N_i – интенсивность движения автомобилей данного типа; K_npi – соответ­ствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; n – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений.

Исследования показывают, что используемые коэффициенты при­ведения являются приближенными и для современных моделей авто­мобилей завышенными. Опыт исследований K_пр показывает, что при более детальном подходе к роли 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 на кафедре организа­ции и безопасности движения МАДИ 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 централизованном 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 легковых автомобилей 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 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 выбирают. Наоборот, по мере повышения q_а, т. е. стесненности движения, от водителей требуется по­вышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышает­ся их психическая напряженность. Соответственно увеличивается ве­роятность ДТП вследствие ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа автомобиля.

В зависимости от плотности потока движение по степени стеснен­ности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, ко­лонное.

Численные значения q_а в физических единицах (автомобилях), со­ответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэф­фициента сцепления φ, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями ско­рость.

Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяго­вых возможностей 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 безо­пасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем ока­зывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения, условия его организации. 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 и примерно составляет:

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 восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики 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 автомобилей в один ряд. Под расстоянием видимо­сти понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстоя­ние S_B определяет возможность для водителя заблаговременно оцени­вать условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S_B над значением остановочного пути S_o данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S_B > S_o.

При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает ско­рость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δv по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие:

На основании исследований на дорогах профессором Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги,

,

(2.1)

По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля по­казатель В_д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движе­ния со скоростью v_a 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 – характеристику автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и ходовые свойства автомо­биля (подсистему 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 выбрать 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 прямолинейных участках городских дорог (табл. 2.3)

На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влия­ние также и другие причины и особенно существенные – метеороло­гические условия, а в темное время суток – освещение дороги. Таким образом, скорость свободного движения является случайной величи­ной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близ­ким к нему (рис. 2.5).

Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными качествами, а также и ха­рактеристикой водителей.

Таблица 2.3

Рис. 2.5 Кривые распределения мгновенных скоростей при свободном движении легковых автомобилей на дороге:

1 – двухполосной; 2 – четырех полосной; Δа – доля автомобилей от общего числа наблюдаемых

,

Более подробно взаимосвязь основных параметров движения рас­сматривается в подразделе 2.3.

,

В качестве расчетной скорости для городской магистрали можно принять разрешенный Правилами дорожного движения Российской Федерации предел скорости (например, 60 км/ч). Исходными для оп­ределения задержки могут быть приняты нормативная скорость сооб­щения или нормативный темп движения для данного типа дороги, если таковые будут установлены. Так, если на дороге v_p = 60 км/ч, что соот­ветствует темпу движения без задержек 60 с/км, а установленная опытной проверкой v_ф = 30 км/ч (темп движения – 120 с/км), то поте­ри времени каждым автомобилем в потоке – 60 с/км. Если длина l рас­сматриваемого участка магистрали равна, например, 5 км, условная задержка каждого автомобиля составит 5 мин.

Общие потери времени для транспортного потока

,

Задержки транспортных средств на отдельных узлах или участках УДС могут быть также оценены коэффициентом задержки К₃, характеризую­щим степень увеличения фактического времени нахождения в пути t_ф по сравнению с расчетным t_р. Коэффициент задержки K₃ = t_ф / t_p. Задержки движения в реальных условиях можно разделить на две основные груп­пы: на перегонах дорог и на пересечениях. Задержки на перегонах могут быть вызваны маневрирующими или медленно движущимися транспор­тными средствами, пешеходным движением, помехами от стоящих ав­томобилей, в том числе при погрузочно-разгрузочных операциях, а так­же заторами, связанными с перенасыщением дороги транспортными средствами.

Задержки на пересечениях обусловлены необходимостью пропуска транспортных средств и пешеходов по пересекающим направлениям на нерегулируемых перекрестках, простоями при запрещающих сигна­лах светофоров.