825
.pdf
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
СибАДИИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ
Методические указания к ла ораторным работам
Состав тели: П.Н. Малюгин, Е.В. Парсаев
Омск ♦ 2019
УДК 656.13 ББК 39.808.020.3
М74
|
|
29.12.2010 |
«О защите детей |
|
Согласно 436 ФЗ от |
||
от информации, причиняющей вред их |
здоровью и развитию» |
||
данная продукция маркировке не подлежит.
Рецензент:
канд. техн. наук, доц. И. М. Князев (СибАДИ)
СибАДИтранспортных процессов», а также магистрам и аспирантам.
М74 Измерение и расчет параметров транспортных потоков [Электронный ресурс] : метод ческ е указания к лабораторным работам / сост. : П.Н. Малюгин, Е.В. Парсаев. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2019. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-
bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Изложены метод ки выполнения лабораторных работ, направленных на |
|
изучен |
е распределен й параметров автомобилей, движущихся в транспортном |
потоке |
обработку результатов измерений. Рассмотрены распределения Пуас- |
сона, П рсона |
нормальное распределение. Предложены области применения |
|
распределен й при решении задач организации движения. |
||
Имеют интерактивное оглавление в виде закладок. |
||
Рекомендуются для |
акалавров, подготавливаемых по профилю |
|
«Организация |
езопасность движения» направления подготовки «Технология |
|
Текстовое символьное издание (500 КБ)
Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 МБ; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM;
1 ГБ свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов:
Addobe Acrobat Reader; Foxit Reader
Издание первое. Дата подписания к использованию 03.06.2019
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ, 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2019
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
ВВЕДЕНИЕ
Движение транспортного потока характеризуется скоростью, плотностью и интенсивностью. При этом отдельные автомобили движутся в потоке с различными параметрами: скоростями, временными и пространственными интервалами. Параметры являются случайными вел ч нами, х распределения описываются законами, рассматри-
ваемыми в теор |
вероятностей. |
|
Распределен |
я параметров – основа для теоретического описа- |
|
ния дв жен я транспортного потока. На основе распределений разра- |
||
С |
|
|
батываются меропр ятия, направленные на повышение безопасности |
||
эффективности– оценка |
планировочных решений и средств ре- |
|
и удобства дв жен я. |
|
|
Располагая фактическими распределениями, решают следующие |
||
задачи: |
|
|
ния потоковвыбор;
гул рован я;
– оценка пропускной способности участков пересечения и слия-
Для описанияАраспределения скоростей автомобилей в транспортном потоке используют нормальное распределение, выражаемое законом Гаусса. Распределение пространственных и временных интервалов между автомобилями в свободном потоке описывают законом Пуассона. Для описания распределений пространственных и временных интервалов в частично связанном и связанном потоке исполь-
– оптимальных режимов работы светофорных объектов;
– оценка аварийности движения и др.
зуют закон Пирсона III типа. |
Д |
|
|
Для обработки результатов измерений и расчета параметров |
|
|
И |
распределений составителями методических указаний разработаны компьютерные программы: normr.exe – по закону Гаусса; obpua.exe – по закону Пуассона; obpir.exe – по закону Пирсона. Программы работают в режиме диалога с пользователем, исходные данные предварительно записываются в файлы или вводятся вручную.
В методических указаниях также описано практическое применение результатов измерений и расчетов для решения некоторых задач организации движения.
3
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
Лабораторная работа № 1 ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ
В ТРАНСПОРТНОМ ПОТОКЕ
Цель работы: изучение оборудования и методик измерения скоростей автомобилей, движущихся в транспортном потоке, построение сводки наблюден й гистограммы распределения скоростей.
Используемое оборудование: автомобиль-лаборатория, измери-
тель скорости (радар) – «Барьер-2М».
Измерен я скоростей выполняются на участке магистрали, вы- |
|
С |
|
бранном преподавателем. Перед проведением лабораторной работы |
|
преподаватель |
инструктаж по технике безопасности. |
проводит
бОсновные положения
Проведение измерений
о ра отка сводки наблюдений
билей по скоростиАописывают нормальным законом Гаусса [3]. Скорости автомобилей измеряютДна различных полосах дороги
Скорость транспортного потока равна средней скорости Vср, км/ч, движущихся в нем автомобилей. Распределение числа автомо-
на участке или в сечении, используя метод стационарных наблюдений. В данной лабораторной работе скорость измеряют в сечении, используя радар. Сечение представляет собой условную линию, проведенную в определенном месте перпендикулярно дороге.
На участке дороги замеряют скоростиИVi, км/ч числа N автомобилей, i = 1, 2, … N. Обычно принимают N = 100, что упрощает обработку результатов.
Результаты измерений заносят в сводку наблюдений, и выполняют предварительную обработку сводки. Находят фактический диапазон изменения скоростей, используя минимальное и максимальное значение скоростей Vi. Диапазон изменения скоростей разбивают на интервалы VНj … VКj, где VНj и VКj – скорость в начале и конце интер-
вала, ∆Vj = VКj – VНj – длина интервала.
Длину интервала ∆Vj обычно принимают от 5 до 20 км/ч. Получают число n интервалов от 7 до 15, j =1, 2, …, n. Вычисляют средние скорости на интервалах VСj = (VНj + VКj) / 2.
4
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
Продолжают обработку сводки наблюдений. Для этого подсчитывают числа Aj автомобилей (частоты), скорости которых распола-
гаются в интервалах ∆Vj [1, 2]. Вычисляют частости: aj = Aj / N. Частость aj равна вероятности появления события: скорость движущегося
в потоке автомобиля располагается в интервале ∆Vj. |
|||||||
С |
|
Измеритель скорости |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
Измер тель скорости «Барьер-2М» (радар) применяется для |
||||||
дистанц онного |
змерения скорости автомобиля. Прибором измеря- |
||||||
скорости |
|
|
|
||||
ются |
|
|
од ночных автомобилей и автомобилей, движущихся в |
||||
пачке. Значен е |
выводится в цифровом виде на панель при- |
||||||
бора, расположенную на излучателе. При превышении заданного по- |
|||||||
рога |
абсолютная |
|
|
||||
|
включается звуковая сигнализация. |
|
|||||
|
Пр бор |
|
меет следующие технические характеристики: |
||||
|
д апазон |
|
змеряемых скоростей |
|
20 … 199 км/ч; |
||
|
|
|
|
погрешность |
|
± 1 км/ч; |
|
|
макс мальное расстояние до автомобиля |
300 м; |
|||||
|
напряжение источника постоянного тока |
13±2 В; |
|||||
|
потребляемый ток |
|
|
1,6 А. |
|||
|
Прибор состоит из лока обработки информации, блока измере- |
||||||
ний (излучатель) и соединительного кабеля. Прибор подключается к |
|||||||
|
|
|
|
|
Д |
||
бортовой сети автомобиля к разъему прикуривателя. |
|||||||
|
ЗапрещаетсяАнаправлять луч прибора на человека, находящего- |
||||||
ся на расстоянии менее 1 м. |
|
|
|
||||
|
Радар берут в руки или жестко закрепляют на автомобиле (на- |
||||||
пример, на капоте или лобовом стекле). |
И |
||||||
|
Измерение скорости включает пункты: |
|
|||||
|
1. Подключение прибора. Устанавливают |
кнопку включения |
|||||
(Вкл) в отжатое состояние и подключают прибор к бортовой сети автомобиля.
2. Прогрев прибора. Включают прибор (Вкл) и прогревают в течение 1 мин.
3. Проверка работоспособности. Нажимают кнопку на рукоятке излучателя: на всех трех индикаторах должны высветиться запятые. Появление на левом индикаторе буквы Р указывает на разряд батареи. Направляют излучатель на движущийся автомобиль. На индикаторах должны появиться цифры, соответствующие его скорости. При отпускании кнопки цифры не должны исчезать.
5
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
4. Измерение скорости. Направляют излучатель на автомобиль, нажимают кнопку на рукоятке. На индикаторах измерителя высвечива-
ются значения скорости, если она более 10 км/ч. Отпускают кнопку и |
||
считывают значение скорости. Если в зону действия излучателяпопада- |
||
ет другой автомобиль, движущийся с большей скоростью, то радар ав- |
||
С |
|
|
томатически переходит на измерение скорости этого автомобиля. |
||
|
Методика измерения |
|
Метод ка змерения включает 5 пунктов. |
||
Сечение |
||
1. Выбор сечения |
полосы дороги. Полоса дороги указывается |
|
преподавателем. |
|
вы ирают на том участке дороги, где поток |
сформ ровался [3]. Для |
езопасного выполнения лабораторной рабо- |
|
ты для проведен я сечения можно использовать расположенный на
обоч не |
ли тротуаре ориентир. |
2. |
ч сла замеров N. Обычно принимают N = 100. |
3. |
Исключен е систематической погрешности. Измеряют, на- |
пример, |
скорость автомо иля, который при включении радара нахо- |
дится к сечению Алиже, чем другие автомобили.
4. Подготовка сводки наблюдений. Сводка наблюдений пред-
Выбор
ставляет собой та лицу, имеющую три столбца. В первый столбец з а- писывают номер автомо иля, начиная с 1, во второй – скорость. При обработке результатов в третий столбец записывают номер диапазона,
вкотором располагается скорость.
4.Выполнение замеров. Измеряют скорость автомобиля, запи-
|
Д |
сывают значение скорости в сводку наблюдений, и повторяют N из- |
|
мерений. |
И |
Предварительная обработка сводки наблюдений
Для определения диапазона изменения скоростей находят максимальное Vmax значение скорости в сводке и округляют его в большую сторону с шагом 10 км/ч. Минимальное значение принимают равным нулю.
Диапазон скоростей разбивают на интервалы VНj … VКj. Если в транспортном потоке имеется мало автомобилей, которые движутся со скоростью меньше 40 км/ч, то принимают два интервала 0-20 и 20-40 км/ч, или один интервал 0-40 км/ч. Для больших скоростей интервалы обычно выбирают одинаковые 10 км/ч. Например: 0-40, 40-50, 50-60, …, 100-110 (Vmax = 110 км/ч).
6
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
Рассчитывают числа автомобилей, скорости которых располагаются в каждом интервале. Вычисляют частости aj. Строят гистограмму распределения частостей (рис. 1).
С |
|
|
и |
|
|
|
б |
|
|
Р с. 1. В д г стограммы распределения частости скоростей |
|
Порядок выполнения лабораторной работы |
||
Выполнение ла ораторной работы и оформление отчета произ- |
||
водится в следующем порядке: |
|
|
1. |
Изучите описанные выше основные положения. |
|
2. |
Заготовьте лист с та лицей сводки наблюдений. |
|
3. |
Д |
|
Под руководством преподавателя студенты в составе полови- |
||
ны группы прибываютАна участок магистрали. |
||
4. |
Провести (наметить) на полосе сечение. |
|
5. |
Проведите 100 замеров скорости автомобилей на заданной |
|
полосе движения, заполняя сводку наблюдений. Каждый студент |
||
должен выполнить часть замеров. |
И |
|
|
||
6. |
Под руководством преподавателя студенты возвращаются в |
|
учебную аудиторию. |
|
|
7. |
Найдите минимальное и максимальное значение скоростей. |
|
8. |
Выполните предварительную обработку сводки наблюдений: |
|
– разбейте диапазон изменения скоростей на интервалы; |
||
– заполните третий столбец сводки наблюдений; |
||
– рассчитайте частости автомобилей, скорости которых располагают- |
||
ся во всех интервалах. |
|
|
9. |
Постройте гистограмму распределения частостей. |
|
7
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы
1. Каким образом диапазон изменения скоростей разбивают на интервалы?
С2. Как вычисляется частота распределения скорости? 3. Как вычисляется частость распределения скорости? 4. В чем заключается смысл накопленной частости?
5. Как м образом измерить радаром скорость автомобиля в пачке? 6. Назов те погрешность измерения скорости радаром.
инте7. Укаж те максимальную скорость автомобиля, измеряемую радаром.
8. Почему д апазон изменения скоростей разбивают на разные рвалыб?
Ла ораторная работа № 2 РАСЧЕТ И АНАЛИЗ Р СПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ
АВТОМОБИЛЕЙАВ ТР НСПОРТНОМ ПОТОКЕ
Цель ра оты: изучение нормального распределения скоростей автомобилей, движущихся в транспортном потоке, и связи распределения скоростей с безопасностьюДдвижения.
Используемое оборудование: компьютер, программа normr.exe
для расчета параметров нормального распределения. Занятие проводится в вычислительном классе.
Лабораторная работа №2 является продолжением лабораторной работы №1. Для построения распределенияИиспользуются результаты измерений, полученные при выполнении работы №1.
Общие положения Обработка сводки наблюдений
Для обработки используются данные, полученные после предварительной обработки сводки наблюдений [1]. Результаты обработки заносят в табл. 1. В первом столбце указывают номер интервала j. Во втором столбце записывают начало и конец интервала. В третьем столбце записывают среднюю скорость на интервале Vcj. В четвертом столбце записывают ширину интервала. В пятом столбце указывают
8
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
|
7 |
8 |
|
||
1 |
|
0 … 40 |
20 |
40 |
|
2 |
0,02 |
|
0,02 |
0,000 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
||
2 |
|
40 … 50 |
45 |
10 |
|
6 |
0,06 |
|
0,08 |
0,006 |
|
||
3 |
|
50 … 60 |
55 |
10 |
|
20 |
0,20 |
|
0,28 |
0,020 |
|
||
4 |
|
60 … 70 |
65 |
10 |
|
36 |
0,36 |
|
0,64 |
0,036 |
|
||
5 |
|
70 … 80 |
75 |
10 |
|
22 |
0,22 |
|
0,86 |
0,022 |
|
||
6 |
|
80 … 90 |
85 |
10 |
|
10 |
0,10 |
|
0,96 |
0,010 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
7 |
|
90 … 100 |
95 |
10 |
|
4 |
0,04 |
|
1,00 |
0,004 |
|
|
|
Сумма |
|
|
|
|
|
100 |
1 |
|
|
|
|
Выч сляют накопленные частости sj и заполняют столбец 7. Для |
|||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
этого рассч тывают суммы частостей ak на предыдущих интервалах 1, |
|||||||||||||
2, …, j: |
|
|
|
|
sj = ∑j |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ak . |
|
|
|
|
|
|||
|
б |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
|
|
|
Накопленная частость |
sj |
отражает вероятность события: ско- |
|||||||||||
рость автомобиля меньше или равна скорости VКj. |
|
|
|||||||||||
Вычисляют вероятности pj на интервалах и записывают их в по- |
|||||||||||||
следний столбец: А |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
pj = p(VСj) = aj / ∆Vj. |
|
|
|||||||
Значение pj |
равно вероятности события: скорость автомобиля |
||||||||||||
находится в интервале 1 км/ч для средней скорости на интервале VСj. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
Контролируют сумму частот (она равна |
N). Контролируют сум- |
||||||||||||
му частостей (она равна 1). |
|
|
|
|
И |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Экспериментальные распределения скоростей автомобилей, движущихся в транспортном потоке, аппроксимируют функцией
нормального закона распределения [1]:
|
−(V −V |
)2 |
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
p(V ) =e |
2 σ2 |
|
/(σ |
|
), |
|
2 π |
9
Измерение и расчет параметров транспортных потоков:
методические указания к лабораторным работам
__________________________________________________________________________________
где p(V), 1/(км/ч) – функция вероятности от скорости; σ, км/ч – среднее квадратичное отклонение скоростей автомобилей от значения Vср.
Неизвестные параметры Vср и σ вычисляют по экспериментальным данным на компьютере, используя программу normr.exe. По программе параметры распределения вычисляются методом покоординатного спуска. Целевой функцией является минимальное среднее квадратичное отклонение S значений p(VСj) от экспериментальных значен й pj:
С |
|
|
S =(∑n |
( p(VCj ) − pj )2 ) /(n −1). |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
j =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ли движутся в транспортном потоке без ограни- |
|||||||||||||
Если автомо |
|
|
|||||||||||||
чен й, то |
|
|
|
|
скоростей описывается нормальным зако- |
||||||||||
ном. При нал ч |
знаков ограничения скорости, помех движению и |
||||||||||||||
др. факт ческое |
|
|
|
|
|
отличается от нормального распреде- |
|||||||||
распределение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
лен я, оп сываемого функцией p(V). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Располагая распределением скоростей, можно оценить коррект- |
|||||||||||||||
ность выполнения водителями правил дорожного движения, эффек- |
|||||||||||||||
тивность действия дорожных знаков и работы службы ГИБДД. |
|||||||||||||||
б |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
О ра отка результатов измерений |
|
|
|
|||||||||||
Строят график p = f(V) экспериментального распределения ско- |
|||||||||||||||
|
А |
|
|
|
|
|
|||||||||
ростей (рис. 2), используя значения Vcj, pj и соединяя точки прямыми |
|||||||||||||||
линиями. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,040 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,035 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
||||
Вероятность |
0,030 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,025 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,010 |
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
0,005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
|
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
|||||||
|
|
|
|||||||||||||
Скорость, км/ч Рис. 2. Вид графика экспериментального распределения скоростей
10