Глава 2. Транспортный поток

Основу дорожного движения составляют транспортные и пешеходные потоки. Транс­портные средства могут двигаться поодиночке или в составе транспортного потока. При одиночном движении водитель в основном зависит только от дорожных условий. При дви­жении в транспортном потоке все водители взаимозависимы, при этом, чем плотнее поток, тем жестче зависимость. Разумеется, есть и переходное состояние, когда потока, вроде бы и нет, но движение уже далеко не одиночное. По некоторым оценкам, взаимосвязанное движе­ние начинается тогда, когда интервал между автомобилями становится равным или меньшим 6-10 с, в зависимости от скорости. Пешеходы также могут двигаться поодиночке или в пото­ке, однако у них зависимости не такие жесткие, поскольку из-за малой скорости последствия нарушений не столь значительны.

Необходимо отметить, что транспортные и пешеходные потоки имеют много общего с другими физическими потоками, например, жидкости, песка, газа. Они характеризуются те­ми же параметрами, например, масса, плотность, скорость, и подчиняются одинаковым фи­зическим закономерностям. Однако они имеют и принципиальное отличие. Дело в том, что в физических потоках элементарные частицы подчиняются только физическим законам, а в нашем случае элементарная частица потока управляется человеком, который имеет свой ра­зум, чувства, ментальность. Поэтому управление транспортными и пешеходными потоками намного сложнее - оно должно учитывать и законы физики, и психофизиологию человека, и его социальную сущность. Необходимо четко осознавать, что мы управляем не столько фи­зическими потоками, сколько людьми, составляющими эти потоки. К сожалению, это поло­жение не всегда учитывается в реальном управлении дорожным движением, что приводит к огромным потерям.

26

2.1. Основные характеристики транспортного потока

Расположение транспортных средств. Для движущегося транспортного средства (ав­томобиля) необходима определенная ширина полосы, существенно большая, чем ширина самого автомобиля. Дело в том, что под воздействием различных факторов - ветер, неровно­сти дороги, смещение центра тяжести, люфт в рулевом управлении и т.д. - автомобиль по­степенно отклоняется от заданной траектории. Когда водитель улавливает это отклонение, он легким движением рулевого колеса, часто автоматически, возвращает автомобиль на за­данную траекторию, и так все время. В результате автомобиль движется не прямо, а «рыска­ет» из стороны в сторону и для движения ему необходим т.н. динамический коридор опреде­ленной ширины. В грубом приближении ширина динамического коридора, В, определяется по формуле

Ј = 6_a+0,043v + 0,3, м,

где Ь_й - ширина автомобиля, м;

v - скорость движения, м/с;

0,3 - отрезок безопасности.

Конечно, у современных легковых автомобилей этот коридор намного меньше, чем у старых разбитых грузовиков, но он есть у каждого автомобиля. Оказалось, что для легковых автомобилей при скорости порядка 60 км/ч достаточно ширины полосы 3 м, а для автобусов, троллейбусов и тяжелых грузовиков надо около 3,5 м. При скорости 100 км/ч желательно иметь ширину полосы не менее 3,6 м. На поворотах дорог или на кольцевых перекрестках ширина полосы также должна быть увеличена.

При движении по полосе перед каждым автомобилем должно быть свободное про­странство, именуемое дистанцией безопасности. Вместе с собственной длиной автомобиля она образует т.н. «динамический габарит» L_R> под которым понимают минимальное безопас­ное расстояние между двумя движущимся автомобилями, замеренное по одноименным зад­ним габаритным точкам. В первом приближении можно записать:

L_a «7+ v + , м,

¹¹ 67ф

где v - скорость движения, м/с;

Ф - коэффициент сцепления колеса с дорогой (см. табл. 6).

Динамический габарит определяется для заднего автомобиля и представляет собой от­резок полосы дороги, который он фактически занимает при движении в транспортном пото­ке. Оказалось, что в нормальных условиях (ф ~ 0,5) минимальная дистанция безопасности (в метрах) численно равна примерно половине скорости движения (в км/ч). Например, при ско­рости 50 км/ч минимальная дистанция должна быть примерно 25 м, а при скорости 70 км/ч -примерно 35 м. При этом, если дорога очень шероховатая, то дистанция может быть немного уменьшена, а если дорога скользкая - то существенно увеличена. Аналогично влияние ско­рости - при малой скорости дистанция может быть несколько уменьшена, при большой ско­рости - существенно увеличена. Если говорить о безопасных интервалах, т.е. о времени про­хождения дистанции безопасности, то они более стабильны и находятся при нормальных ус­ловиях в пределах 1,8-2 с. При этом, также как и дистанция безопасности, с увеличением скользкости или с ростом скорости интервалы несколько увеличиваются, и наоборот.

Интенсивность движения Q - это количество транспортных средств, прошедших че­рез сечение дороги в единицу времени, в качестве которого чаще всего принимают час (реже секунду, сутки, год). Интенсивность движения - основной параметр транспортного потока,

27

изменяется в пространстве и во времени. Неравномерность в пространстве проявляется в от­личии интенсивности движения на разных дорогах, на разных полосах одной и той же доро­ги, на разных направлениях движения на перекрестке и т.д. Временная неравномерность тес­но связана с характером общественной жизни - ночью она затихает, утром наблюдается всплеск активности (утренний пик), днем стабилизируется, вечером имеет место наибольшая активность (вечерний пик), затем она постепенно затухает (рис. 8).

Рис. 8. Распределение интенсивности движения по часам суток [7]: 1 - город; 2 - загород

Подобные изменения можно проследить и в недельном цикле (всплеск в пятницу после обеда и в воскресенье вечером), и в годовом цикле - зимой поменьше, весной всплеск, летом стабилизация (уезжают в отпуск), осенью снова всплеск. Неравномерность интенсивности движения наблюдается и в меньшие периоды - например, в течение часа есть несколько пя­тиминутных всплесков, а если взять, например, 10 светофорных циклов, то почти каждый из них будет отличаться своей интенсивностью. Замечено, что чем большая интенсивность движения, тем выше ее равномерность. Для того чтобы прикинуть интенсивность движения на той или иной улице или дороге, достаточно подсчитать число автомобилей, прошедших, например, за 5 минут и полученную цифру умножить на 12. Для более точных расчетов вре­мя замеров надо увеличивать. Следует отметить, что интенсивность движения в городах больше, чем за городом, а на некоторых городских магистралях она достигает величины 500-900 авт./ч на каждую полосу движения. Трудность управления заключается в том, что в часы пик, когда интенсивность движения увеличивается чуть ли не вдвое, возникают пере­грузки (заторы) со всеми вытекающими негативными последствиями.

Состав транспортного потока. В одном потоке движутся сильно отличающиеся по своим характеристикам транспортные средства - от мотоциклов до большегрузных автопо­ездов. Чтобы учесть все многообразие транспортных средств, их приводят к общему знаме­нателю - легковому автомобилю. Все транспортные средства группируются в несколько, на­пример 6, типов и для каждого типа выбирается некий средний представитель. Для каждого представителя определяются основные характеристики, которые сопоставляются с одно­именными характеристиками представителя легковых автомобилей - результатом этого со­поставления является коэффициент приведения К_п. Приведение производится по трем при­знакам: габарит - длина занимаемой полосы при движении со скоростью около 60 км/ч (К_пг); динамика - время освобождения стоп-линий после включения зеленого сигнала (К_пн) и эко­номика - стоимость экономических потерь от задержек, остановок, перепробега и т.д. (К_т). В табл. 7 приведены коэффициенты приведения основных типов транспортных средств. Ес­ли, например, в потоке из 100 автомобилей 80 легковых, 15 грузовых, 3 автопоезда и 2 авто­буса или троллейбуса, то в экономическом отношении такой поток равноценен 130 легковым (приведенным) автомобилям - К_пэ = 1,3, а в динамическом отношении - 112 приведенным автомобилям - К_пн = 1,12.

28

Таблица 7

Коэффициенты приведения транспортных средств [7]

Тип ТС	Группа	Индекс	^пГ	^пН	^пЭ
Мотоциклы, мопеды, мотороллеры, мокики	Мотоциклы	М	0,5	0,7	0,5
Легковые, грузопассажирские, микроавтобусы	Легковые	Л	1,0	1,0	1,0
Грузовые, тракторы, с.-х. машины	Грузовые	Г	2,0	1,4	1,7
Автопоезда, тракторные поезда	Поезда	п	3,5	2,3	3,0
Автобусы,троллейбусы	Общественный	О	3,0	2,0	8,0
Сочлененные автобусы, троллейбусы	Сочлененные	с	4,0	2,6	14,0

Скорость движения - является одной из двух целевых функций дорожного движения (наряду с безопасностью). Различают несколько разновидностей скорости:

- мгновенная - скорость на очень коротком отрезке пути (пространственная) или в данный короткий промежуток времени (временная). Эта скорость в основном определяет безопасность движения. Во-первых, от нее зависит управляемость автомобиля (занос, опро­ кидывание и т.д.) и время, которым располагает водитель для реагирования на возникшую опасность. Во-вторых, от нее зависит тяжесть последствий аварии, поскольку сила (энергия) удара зависит от квадрата скорости - вспомните знаменитую формулу кинетической энер-

mV² гии: Е , где т - масса, V- скорость в момент удара;

• сообщения - средняя скорость с учетом остановок и стоянок - именно она является целевой функцией дорожного движения. Например, расстояние 100 км я проехал (с заправ­кой и отдыхом) за 2 часа - скорость сообщения равна 50 км/ч;

• крейсерская - скорость, при которой водитель чувствует себя хорошо, комфортно. Эта скорость также определяет безопасность - если водитель чувствует себя некомфортно, он раздражается, выходит из равновесия, устает, засыпает и т.д., в результате чего вероят­ность ошибки или аварии резко увеличивается.

Есть еще скорость «разрешенная)), «рекомендуемая)), «ограничения)), «максимальная)) и др., смысл которых ясен из их названий. Имеется несколько разновидностей скорости, смысл которых определить довольно сложно. Например, «экономичная скорость)) - что здесь эко­номится: время, топливо, резина? Или, «безопасная скорость)) - в какой ситуации?: в одних случаях лучше сбавить скорость или даже остановиться, а в других - лучше добавить газу.

Очень большое значение имеет равномерность движения, характеризуемая разбросом (дисперсией) скорости. На рис. 9 показаны два варианта движения на магистральных улицах г. Минска. Жирная линия - это фрагмент записи скорости автомобиля на участке улицы Я. Коласа, включающем 3 светофорных объекта. Видно, что движение очень неравномерное, с интенсивными разгонами до 65 км/ч, торможениями, остановками перед трамваем и у свето­форов и, как результат, очень низкая средняя скорость. Тонкая линия - это фрагмент записи скорости автомобиля на участке проспекта Независимости, также включающем 3 светофор­ных объекта. Видно, что при весьма высокой для города средней скорости движение очень равномерное. Легко представить, какими огромными потерями всех видов сопровождается движение на участке улицы Я. Коласа и каким может (и должно!) быть движение на магист­ральных улицах города.

Плотность потока - это число автомобилей, приходящихся на 1 км полосы дороги. Плотность находится в пределах от 1 до 100 авт./км и определяет условия движения - чем меньше плотность, тем свободнее движение. Между интенсивностью Q, скоростью V и плот­ностью р существует зависимость:

Q=V-p< 2000 авт./ч.

29

Рис. 9. Скорость движения на магистральных улицах г, Минска (пример)

При этом чем больше плотность, тем меньше скорость. С одной стороны, чем меньше плотность, тем лучше водителям, но тем дороже обходится движение, поскольку дорогостоя­щая улица или дорога является незагруженной. С другой стороны, если дорогу сильно загру­зить, то скорость движения упадет, а неравномерность - возрастет и движение снова обойдется очень дорого. Компромиссное решение в городе находится при плотности порядка 25 авт./км и скорости порядка 50-60 км/ч, а за городом - при плотности порядка 15 авт./км и скорости по­рядка 85 км/ч. При плотности свыше 45-50 авт./км движение сопровождается частыми оста­новками и заторами и становится практически неприемлемым. Следует отметить, что плот­ность потока на дорогах и улицах Республики Беларусь сегодня весьма невысокая и пока не является непосредственной причиной резкого снижения скорости или других потерь.

Состояние транспортного потока. Мы уже знаем, что неравномерность движения -это зло. При этом возможны ситуации, когда весь поток вынужден тормозить, останавли­ваться, трогаться, разгоняться и т.д. Однако, возможны и такие ситуации, когда поток, в це­лом, движется относительно равномерно, но внутри его происходит масса ненужных пере­мещений - опережений, перестроений, обгонов, торможений и т.д. Причинами могут быть как внешние факторы - неровности дороги, запаркованные или левоповоротные автомобили, тихоходные транспортные средства и т.д., так и сами водители - либо лихачи, либо тихохо­ды-перестраховщики, провоцирующие остальных водителей на ненужные и опасные манев­рирования. Еще одна характеристика - внутреннее напряжение в потоке, которое накаплива­ется, например, при длительной невозможности обгона тихоходного транспортного средства -как только появится возможность (или даже полувозможность) обгона, его тут же с большим риском бросаются выполнять сразу несколько водителей.

Американский ученый Дональд Дрю предложил оценивать состояние транспортного потока по т.н. уровням обслуживания (А, В, С, Д E, F), включающим плотность, относитель­ную (по отношению к скорости свободного движения на данной дороге) скорость, интенсив­ность движения и т.д. [1]. Самым лучшим считается уровень А при плотности до 6 авт./км и практически свободном движении. Самым плохим считается уровень F при плотности свы­ше 45 авт./км, когда движение сопровождается частыми остановками и заторами. Для заго­родных условий терпимым является уровень С (плотность до 20 авт./км), для городских ус­ловий - уровень D (плотность до 30 авт./км).

Пешеходный поток. В принципе, пешеходный поток похож на транспортный - те же физические закономерности, те же параметры, те же особенности, связанные с психофизио­логией человека и его личностью. Однако имеются и существенные отличия, обусловленные разными скоростями движения, массой и габаритами элементарных частиц потока, уровнем подготовки к движению, последствиями столкновений и т.д. Рассмотрим некоторые пара­метры пешеходного потока. 30

Интенсивность движения - это количество пешеходов, прошедших через поперечное сечение пешеходного пути в единицу времени. Ширина полосы пешеходного движения при­нята равной от 0,75 м - в обычных местах, до 1 м - в районе магазинов, вокзалов, рынков. Наибольшая интенсивность движения пешеходов наблюдается на главных и торговых ули­цах города и в районе пересадочных узлов. Что касается временной неравномерности, то она весьма похожа на транспортную.

Состав потока не играет такой большой роли, как в транспорте, хотя и оказывает оп­ределенное влияние на организацию движения. Особое внимание при выборе регулировоч­ных решений следует уделять таким пешеходным потокам, в составе которых находятся дети либо престарелые люди.

Плотность потока - это количество пешеходов, приходящихся на единицу площади пешеходного пути. Часто пользуются обратной величиной - количеством квадратных мет­ров, приходящихся на человека.

В зависимости от плотности потока условия пешеходного движения подразделяются на несколько категорий или уровней обслуживания. Согласно одной из классификаций [5], на­пример, при плотности до 0,3 чел./м² движение считается свободным; до 0,6 чел,/м² - терпи­мым; до 1 чел./м² - плотным; до 1,5 чел./м² - очень плотным и свыше 1,5 чел./м² - давка. Согласно другой классификации [1], при плотности 0,3 чел./м² - уровень обслуживания^; до 0,4 - В; до 0,7 - С; до 1,0 - Д до 2 - Е; свыше 2 - F. Почти все авторы сходятся в том, что нормальные условия движения сохраняются до плотности порядка 0,5 чел./м² (или 2 м²/чел.).

Скорость движения пешеходов колеблется в пределах от 3 до 6 км/ч. Конечно, име­ются отклонения в обе стороны, например, женщины с маленькими детьми или очень пожи­лые люди имеют маленькую скорость - до 1 км/ч, а молодежь в возрасте от 20 до 30 лет при быстром шаге развивает скорость до 7,5 км/ч. Принято считать, что нормальная скорость движения пешеходов по тротуару близка к 4 км/ч (1,1 м/с), а по переходу - близка к 5 км/ч (1,3 м/с). При расчете опасности в конфликте транспорт-пешеход принимается во внимание легкий бег пешехода, при котором скорость достигает 11 км/ч (3 м/с).