3.3.3.Транспортные потоки
Транспортный поток (ТП) — это совокупность транспортных средств, одновременно участвующих в движении на определенном участке улично-дорожной сети.
Термин «транспортный поток» (в англоязычной литературе используется термин Traffic Flow) используется западными учеными и исследователями по аналогии с «потоками» в сплошных средах (а позднее и дискретных – т.н. Granular Flow). Отправной точкой исследований в ТП на западе считается гидродинамическая модель Лайтхилла-Уизема. Сам по себе ТП всегда характеризуется исключительно средними (т.е. макроскопическими) параметрами: средняя скорость, плотность (число автомобилей на единицу длины), интенсивность (число автомобилей, проходящих через любую данную точку дороги в единицу времени). Два параметра (интенсивность и плотность) изображаются в виде графика и называются фундаментальной диаграммой (Fundamental Diagram, рис.10).
.
Рис.7. Фундаментальная диаграмма
Транспортный поток характеризуется взаимодействием транспортных средств в пространстве и во времени Уже из этого названия понятно, что ей придается исключительное значение. Фундаментальная диаграмма (ФД) – «камень преткновения» всей теории ТП. Все крутится вокруг того, что в модели Лайтхилла-Уизема (и ей подобным моделям) ФД принята гладкой (дифференцируемой), а если ее строить по показаниям датчиков – на ней в области средних значений плотностей образуется «облако», никакой кривой не аппроксимируемое. Тоесть реально принятой в гидро- газодинамических моделях зависимости не существует. Это привело к тому, что, с одной стороны, в ряде работ с помощью клеточных автоматов была воспроизведена эмпирическая ФД. С другой стороны, общепризнанный авторитет в области изучения ТП Карлос Ф. Даганзо (США) предлагает вообще отказаться от рассмотрения ФД, а ввести другие параметры – длина очереди, время проезда и проч.
У нас в стране официально используется термин «дорожное движение» (закон РФ «О безопасности дорожного движения» – совокупность общественных отношений…) Термин «транспортный поток» тоже используется в «Организации дорожного движения» (ОДД), но не определяется. Определяются только «необходимые данные, характеризующие транспортный поток».
Наиболее распространенными характеристиками дорожного движения являются: интенсивность, плотность, скорость, состав, задержки, распределение транспортных потоков по направлениям.
Модели, в которых объектом выступает ТП в целом, называются макроскопическими и они используются для решения задач организации дорожного движения (ОДД).
Под организацией дорожного движения понимают комплекс научных, инженерных и организационных мероприятии, учитывающих необходимый уровень эффективности и безопасности для транспортного и пешеходного движения.
Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нём транспортных средств различного типа. Транспортному средству в процессе движения требуется больший отрезок полосы, чем его длина (статический габарит). Это объясняется тем, что для остановки автомобиля требуется определенный путь, являющийся функцией скорости. Учет влияния движения транспортных средств разных типов на загрузку дороги осуществляется при помощи динамического габарита (рис. 11), представляющего собой отрезок полосы дороги, минимально необходимого ведомому автомобилю по условиям безопасности движения при экстренном торможении впереди движущегося автомобиля. Оценка состава транспортного потока осуществляется, в основном, по процентному составу или доле транспортных средств различных типов. Этот показатель оказывает значительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока отражает общий состав парка автомобилей в данном регионе. Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог, что
Рис.11. Динамический габарит автомобиля L
объясняется, прежде всего, существенной разницей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомобилей варьируется от 4 до 8 м, грузовых 6-8, то длина автобусов достигает 16,5 м, а автопоездов 24 м. В этой связи для проведения расчётов транспортных потоков, пропускной способности дорог и т.п. пользуются приведёнными значениями транспортных единиц. Все виды транспортных средств приводятся к легковому автомобилю через коэффициенты, которые указаны в табл. 5.
Существующие значения коэффициентов приведения Кп, являясь константными, не полностью учитывают факторы, определяющие динамический габарит. В частности, при изменении скорости движения Кп меняется тем значительнее, чем больше статический габарит транспортного средства.
На понятии динамического коридора в отечественной теории ОДД были построены и исследованы модели «следования-за-лидером» (car-following или follow-the-leader — в англоязычной литературе встречаются оба варианта). Модели такого типа называются микроскопическими. Существуют также мезоскопические модели, в которых рассматриваются небольшие группы (кластеры) автомобилей на дороге. Транспортные средства в силу конструктивных отличий и эксплуатационного состояния обладают различными тормозными качествами. Это сказывается на динамическом габарите. Кроме того, его значение зависит от состояния дорожного покрытия, психофизиологических характеристик водителя и т. д.
Коэффициенты приведения Кп, представляющие собой отношение динамического габарита транспортного средства данного типа к динамическому габариту легкового автомобиля, позволяют фактическую интенсивность транспортного потока представлять в виде условной, называемой приведенной интенсивности, соответствующей потоку легковых автомобилей.
Существует несколько классификаций состояний транспортного потока.
Министерство транспорта США использует следующую классификацию по степени наполненности полосы движения транспортных единиц (ТЕ) по отношению суммарной занимаемой автомобилями площади полосы к общей её площади на произвольном участке дороги:
Таблица 5