32.10. Измерения интенсивности транспортного потока на дорогах
При планировании новой или реконструированной дороги необходимо знать распределение и характеристики транспортного потока на существующих дорогах. Это нужно не только для прогнозирования поведения транспортного потока в будущем, но и для оценки того, обоснованы ли вносимые изменения, а также, какие приоритеты должны быть при модернизации дорог. Измерения потока автотранспортных средств и его скоростей необходимо проводить практически при любых исследованиях по планированию на всех автомагистралях.
Термины «транспортный поток» и «интенсивность движения» используются равнозначно для определения количества транспортных средств, которые проходят через данную точку на дороге за данный отрезок времени. Это, пожалуй, наиболее важный статистический показатель для дорожного плановика.
Если исследования проводятся в сочетании с классификацией типов транспортных средств, они могут оказаться особенно полезными для определения пропускной способности дорог в экономических исследованиях автомагистралей. Они также могут использоваться для определения коэффициентов коррекции, которые могут применяться к автоматическому счету транспортных средств и к определению геометрических параметров проекта, это касается как примыканий, так и пересечений.
Как уже указывалось ранее, характер поведения интенсивности транспорта и режимов на протяжении года и из года в год являются предсказуемыми для аналогичных типов автомагистралей. Так, данные о потоке транспорта, собранные за относительно короткий период времени на отдельных автомагистралях, можно часто масштабировать с целью получения суточных, недельных, ежемесячных, сезонных или годовых колебаний.
Существует множество различных методов получения данных об интенсивности. В общем, они разделяются на две категории:
– процедуры автоматического счета;
– процедуры подсчета вручную.
Процедуры автоматического счета заключаются в использовании постоянных или полупостоянных приборов, которые автоматически подсчитывают и фиксируют информацию.
Самый значительный объем транспортного счета, особенно, когда требуются данные за длинные периоды времени, выполняется с использованием автоматических счетных процедур. Как правило, такое оборудование состоит из приборов, которые определяют прохождение транспортного средства, и счетного механизма, который записывает поступившие импульсы обнаружения.
Существуют следующие типы приборов обнаружения транспорта.
1. Пневматическая труба в виде шланга, которая используется, в основном, для кратковременного подсчета транспортных средств, представляет собой отрезок резинового шланга, протянутый поперек проезжей части и прикрепленный к ней шпильками через каждый метр. Один конец шланга заварен (оставлено только маленькое отверстие для воздуха, задачей которого является снижение силы воздушных волн в трубе), а другой конец прикреплен к диафрагменному счетчику, который работает от давления воздуха. При проезде колес образуется воздушный импульс, который проходит по шлангу и выгибает диафрагму наружу до точки контакта, чем замыкается электрическая цепь, приводящая в действие самописец, установленный на обочине дороги.
2. Электронная контактная лента постоянного применения представляет собой устройство, состоящее из стальной плиты основания под контактной площадкой из вулканизированной резины, включающей ленту подпружиненной стали, удерживаемой с зазором, которая заглубляется в дорожное покрытие проезжей части. Зазор между двумя металлическими контактами заполняется сухим инертным газом на этапе сборки, который герметизируется в процессе вулканизации. В момент, когда каждая ось транспортного средства проезжает по площадке, возникает положительное замыкание электрического контакта, включающее самописец. Такой контактный ленточный детектор имеет то преимущество, что является самостоятельным прибором, который можно установить на каждой полосе движения, что позволяет подсчитывать интенсивность по полосам.
3. Индуктивные контурные детекторы очень широко используются в Великобритании, особенно на пунктах постоянного счета на дорогах с высокой интенсивностью движения, таких как автомагистрали. Они предназначены для счета транспортных средств, а не осей, поэтому, в отличие от данных, полученных на ранее указанных детекторах, получаемая в этой системе информация не требует дальнейшей корректировки по осевому фактору.
Такие детекторы имеют очень длительный срок службы (как правило, около 6 миллионов транспортных средств, перед тем как происходит отказ компонента или настройки). Проблема учета транспортных средств в момент обгона также решается при использовании такого детектора, то есть, когда два или более контура вмонтированы в различные полосы одной и той же проезжей части, ошибка подсчета из-за одновременного прохождения двух или нескольких транспортных средств исключается за счет использования «логико-последовательного модуля», установленного между детектором (к которому присоединен контур) и счетчиком, расположенным у дороги.
4. Прочие типы приборов обнаружения транспортных средств. Другими менее распространенными типами приборов обнаружения транспортных средств являются:
– магнитные детекторы, состоящие из катушки, намотанной на магнитный сердечник, расположенный в полотне проезжей части, которая обнаруживает остаточное магнитное поле, переносимое движущимся транспортным средством в результате его перемещения внутри магнитного поля земли;
– детекторы на основе неподвижного радара, который подвешен над проезжей частью и постоянно передает/принимает радиосигналы. Всякий раз, когда частота отраженной волны отличается от частоты передаваемой, происходит обнаружение транспортного средства на той полосе, которая охвачена детектором;
– ультразвуковые детекторы.
Существуют следующие типы счетных механизмов, которые используются в совокупности с приборами обнаружения, описанными выше. Они включают:
– простой суммирующий счетчик, который считывается непосредственно и по мере необходимости наблюдателем. Он не дает распечаток, за исключением накопленной суммы за установленный конкретный промежуток времени;
– усовершенствованный накопительный счетчик, который по срабатывании временного механизма выдает распечатку результатов на бумажной ленте через установленные интервалы, например, каждые 15 минут каждого часа;
– счетчик, использующий круговой шкальный самописец, который может зафиксировать интенсивность транспорта до 1000 единиц, используя интервалы отсчета в 5, 10, 15, 20, 30 и 60 минут в течение 24 часов все семь дней недели. Принцип такого счетчика очень прост: круглая шкала с миллиметровой бумагой вращается с постоянной скоростью и, по мере прохождения транспортных средств мимо детектора, перо самописца перемещается на одно деление и записывает, таким образом, интенсивность;
– самописец с перфолентой обеспечивает автоматическую перфорацию бумажной ленты, установленной у дороги и проходящей через транслятор, который, будучи присоединен к дыропробивной машине, создает перфоленту, которая позднее может быть введена в компьютер для анализа. Такой счетчик состоит из памяти входных импульсов, интервального таймера и механизма перфорации и сброса;
– электронный самописец с микропроцессором, такой тип самописца является современным вариантом перфоленты, который запоминает информацию и обеспечивает ее прямую перегрузку в компьютер в форме файла ASCII.
Операции автоматического счета дают только ограниченную информацию о числе транспортных средств, которые проходят мимо самописцев. Может потребоваться более подробная информация, например, точное число транспортных средств, классифицированных по типам. В этом случае можно использовать ручные процедуры счета с классификацией.
Применение ручного счета с классификацией подразумевает использование полевого персонала, который записывает требуемые данные в предварительно заготовленные учетные таблицы или с помощью счетчиков ручного действия. Преимущества ручного счета заключаются в том, что цифры получаются более точными, данные – более конкретны и, в общем, упрощается процесс дальнейшей камеральной обработки.
Однако обычно получение информации таким образом обходится дороже, поэтому применение ручного счета обычно ограничивают короткими отрезками времени. Как правило, наблюдатели могут сосчитать до 1200 транспортных средств в час интервалами по 15 минут при уровне ошибки счета менее 2%.
Исследования, выполняемые перемещающимся наблюдателем, также могут быть чрезвычайно полезными для сбора классифицированной транспортной информации. Такой наблюдатель записывает информацию в заранее приготовленные бланки наблюдений, перемещаясь в исследовательском автомобиле. Базовый метод требует, чтобы автомобиль исследователя двигался вверх и вниз по тестовому участку автомагистрали заданное число раз, двигаясь на заданной средней скорости и отмечая время проезда и число транспортных средств обгоняемых и, которые обгоняют его.
Если необходимо выразить интенсивность движения транспортных средств в час, то она задается следующей формулой
,
(32.1)
где q – интенсивность движения в одном направлении (транспортных единиц в час); х – число транспортных единиц, встреченных во время проезда навстречу оцениваемому потоку; у – число транспортных средств, обогнавших наблюдателя, минус число транспортных средств, которые он обогнал, двигаясь с наблюдаемым потоком; ta – время проезда против оцениваемого потока, мин.; tw – время проезда в оцениваемом потоке, мин.
В Великобритании министерство транспорта выполняет различные переписи и исследования в области транспорта, большинство которых выполняется по стандартным процедурам в течение многих лет. Основная программа непрерывных работ преследует три основные цели.
1. Статистическая цель – дать численное описание транспортных характеристик на общенациональной сети дорог.
2. Техническая цель – предоставить информацию о транспортном потоке.
3. Функциональная цель – получение определенных непрерывных круглогодичных измерений транспортного потока на автомагистралях различного типа, чтобы определить режимы почасового движения и сезонные колебания.
Генеральная перепись транспорта предусматривает сбор данных о транспортных средствах, которые записываются вручную и предусматривают классификацию по различным классам, в частности, мотоциклы, легковые автомобили, легкие грузовики, микроавтобусы и автобусы, несколько подклассов большегрузных автомобилей (двухосные, трехосные с жесткой рамой, четырехосные с жесткой рамой, трехосные с ломающейся рамой, четырех- и более осные с ломающейся рамой), а также (возможно) данные о педальных велосипедах или автомобилях с трейлерами. Это представляет собой «ежегодную» перепись, которая охватывает автотрассы, основные автомагистрали и главные дороги, при этом реальные точки подсчета выбираются так, чтобы представлять всю дорожную сеть общенациональной системы.
В настоящее время замеры делаются в 6250 точках, при этом происходит ротация точек таким образом, что в каждой из них подсчеты выполняются один раз в 4-5 лет. Подсчеты обычно проводятся в воскресенье и понедельник в течение 16 часов, чаще всего в августе; однако, 25% точек подвергаются пересчету с целью сезонной проверки в апреле или мае следующего года.
200-точечная перепись аналогична генеральной переписи транспорта за исключением того, что педальные велосипеды подсчитываются всегда, а мопеды и мотороллеры подсчитываются отдельно от мотоциклов. Важной особенностью этой ручной переписи является то, что она производится ежемесячно на произвольно выбранном множестве точек. Ее основная цель заключается в анализе тенденций к дальности поездок в общенациональном масштабе, хотя собранные данные также используются для оценки сезонных колебаний интенсивности по различным классам транспортных средств.
50-точечная автоматическая перепись является единственной непрерывной общенациональной переписью, в которой использованы магнитные контуры, заложенные в проезжую часть, или в пневматические трубки, укрепленные на поверхности дорожного полотна и предназначенные для автоматического транспортного счета. Такая перепись является стандартным источником информации по транспортным потокам, которые не разделяются по часам, суткам и месяцам на протяжении всего года.
В настоящее время наблюдается нарастающая тенденция к использованию и анализу данных посредством автоматических средств. Ключевым моментом здесь является использование микропроцессоров как составной части инструментария, применяемого на объекте.
Системы управления от микропроцессоров имеют то преимущество, что отличаются чрезвычайной гибкостью, например, могут одновременно принимать входные сигналы от множества датчиков, производить соответствующие вычисления и выдавать данные в совместимой с другими компьютерами форме в целях дальнейшего анализа по необходимости. Каждая единица такого оборудования может использоваться для решения множества задач просто путем соответствующих изменений в управляющей программе. Форма, содержание и время выдачи информации могут постоянно находиться под контролем пользователя так, что можно собирать только те данные, которые необходимы для непосредственных исследований. Хранить данные можно на магнитной ленте, в памяти или на терминальном принтере. Принтер особенно удобен для выполнения калибровок на объекте; он может также рационально использоваться для краткосрочного сбора информации, а также для подтверждения записей на магнитной ленте. Процессор также может выдавать данные в телекоммуникационную линию для передачи на центральный компьютер.