Учебное пособие 1182

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛОСНЫХ ЗАГОРОДНЫХ ДОРОГ НА АВАРИЙНОСТЬ

Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, аэродромов, мостов, метрополитенов и транспортных тоннелей

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ).

Защита состоится 16 мая 2013 года в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитек- турно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20летия Октября, 84, ауд. 3220; тел./факс: (473) 271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежского ГАСУ.

Автореферат разослан 15 апреля 2013 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Транспорт играет центральную роль в процессе развития. Он обеспечивает передвижение товаров и услуг. Однако наряду с тем, что транспортные инвестиции способствуют экономическому развитию страны, они создают определенные угрозы и риски. В первую очередь это угроза потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП).

В 2009 году на автомобильных дорогах мира погибло 1,3 млн. чел и более 50 млн. получили ранения различной степени тяжести. На территории Российской Федерации по данным Государственной инспекции безопасности дорожного движения за 2009 год произошло 203 603 ДТП, в результате которых погибло 26 084 человека и 257 034 получили травмы различной степени тяжести. Из них, по данным того же источника, 18,72% дорожно-транспортных происшествий произошло по причине неудовлетворительного состояния дорог, к которому можно отнести и несоответствие существующих трасс требованиям нормативных документов.

Существующие методы оценки аварийности во многом морально устарели, поскольку разрабатывались в 70-80 е гг. XX века и ориентировались на транспортные потоки малых интенсивностей и скоростей движения. Многие из них имеют недостатки не только в качественном плане (точность прогнозов, возможность прогноза на разные периоды времени), но и в количественном плане (отсутствие учета важных параметров, элементов и ситуаций). Корректировка этих методов или разработка новых не проводится в настоящее время. Снижение точности прогноза количества ДТП при помощи таких методов, как метод «итоговых коэффициентов аварийности», свидетельствует также о возможной необходимости корректировки конкретных коэффициентов и введении новых.

Цель диссертационной работы – разработка метода оценки аварийности на загородных двухполосных автомобильных дорогах и рекомендаций по повышению безопасности движения на основании исследования влияния геометрических параметров дороги на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие.

Основными задачами при достижении цели являлись:

-Определение взаимных зависимостей параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог;

3

-Разработка логико-вероятностной модели влияния геометрии автомобильной дороги на вовлечение транспортного средства в дорож- но-транспортное происшествие;

-Нахождение регрессионных уравнений вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие под влиянием параметров плана, продольного и поперечного профиля автомобильных дорог;

-Разработка рекомендаций по применению параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог при реконструкции и при новом строительстве, способствующих снижению

количества вовлекаемых в дорожно-транспортное происшествие автомобилей.

Объект исследования – дорожно-транспортное происшествие в рамках вопроса вовлечения в них транспортных средств под влиянием отдельных геометрических параметров автомобильных дорог, а также под воздействием геометрической составляющей.

Методы исследования. Для обработки исходных данных и данных натурных измерений использовались методы статистического анализа и логико-вероятностного моделирования, взятые из технической и научной литературы. В качестве основы научных исследований послужили труды советских и российских ученых в области обеспечения безопасности дорожного движения, таких как Бабков В.Ф., Чванов В.В., Столяров В.В., Живописцев И.Ф., Васильев А.П., Лобанов Е. М., Сильянов В.В. и др., а также исследования зарубежных ученых, таких как Вогт (Vogt A.), Икеда (Ikeda T.), Кирк (Kirk S.), Хауер (Hauer E.) и др. В литературно-патентном обзоре сравнивались нормативные документы на предмет несовершенства геометрических параметров, а также методы оценки аварийности, применяемые в настоящее время в нашей стране и за рубежом.

Научная новизна работы:

-Определены взаимные сочетания параметров геометрии в рамках вопроса нахождения неизвестных величин по известным величинам;

-Применен математический аппарат логики вероятностей к оценке степени влияния геометрических параметров автомобильной дороги на аварийность;

-Разработана достоверная стохастическая модель возникновения до- рожно-транспортного происшествия на основе статистических дан-

4

ных при использовании автоматизированного банка дорожных данных «Дорога» и результатов натурных наблюдений;

-Определены величины параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог (угол поворота горизонтальной кривой, радиус горизонтальной кривой, длина горизонтальной кривой, длина прямолинейного участка, продольный уклон проезжей части, радиус вертикальной вогнутой кривой, радиус вертикальной выпуклой кривой, длина вертикальной вогнутой кривой, длина вертикальной выпуклой кривой, ширина полосы движения проезжей части, ширина обочины дороги, поперечный уклон проезжей части), негативно влияющих на безопасность;

-Предложена методика определения количества транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия на конкретных участках автомобильной дороги при конкретных сочетаниях геометрических параметров за прогнозируемый промежуток времени.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением

научно обоснованных методов исследований, статической обработкой полученных данных, опытной проверкой результатов, а также согласованностью основных положений представленной работы с результатами исследований других авторов.

Практическая ценность результатов. Данная научная работа раз-

вивает теорию влияния факторов на аварийность. Это позволит более точно прогнозировать количество автомобилей, вовлеченных в транспортные аварии, раненых и погибших в ДТП и материальный ущерб от аварийности на автомобильных дорогах.

Дан анализ применяемых геометрических параметров на автомобильных дорогах разных технических категорий на предмет соответствия существующим нормативным документам.

Применение разработанной методики дает возможность оценить один из основных абсолютных показателей аварийности на современных автомобильных дорогах – число автомобилей, вовлеченных в дорожнотранспортные происшествия, и в первом приближении позволяет определить на прогнозируемый период экономические потери от аварийности, а также альтернативные экономические потери при снижении общего числа транспортных средств на величину вовлеченных в ДТП под влиянием геометрических параметров при использовании величин геометрических эле-

5

ментов согласно регламентированных значений по результатам исследования.

Область применения результатов – проектирование, реконструк-

ция и капитальный ремонт автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения в рамках вопроса оценки аварийности. Корректировка нормативов плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог в дополнение к СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и ГОСТ Р 53299 – 2005 «Геометрические элементы автомобильных дорог».

Апробация и внедрение результатов. Некоторые положения дис-

сертационной работы были доложены на 68, 69 ежегодных научнопрактических конференциях МАДИ в 2009, 2010 гг., а также были представлены на международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» в г. Могилев в 2011 (Беларусь). Основные результаты данной работы были вынесены на слушание и одобрены на международной технической конференции «Новые дороги России» в г. Пенза в 2011 г.

Результаты работы в рамках вопроса влияния углов поворота горизонтальных кривых на аварийность были внедрены в проектно-сметное бюро СДРСУ г. Владимира в виде рекомендаций к применению.

Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносится следующее:

-логико-вероятностная модель оценки степени совместного влияния геометрических параметров автомобильных дорог на аварийность;

-регрессионные модели влияния отдельных параметров плана, продольного и поперечного профилей на аварийность;

-дисперсионные картины совместного применения параметров плана, продольного и поперечного профилей;

-методика оценки уровня аварийности на автомобильных дорогах с применением логико-вероятностной модели совместного влияния геометрических параметров автомобильной дороги;

-рекомендации по применению параметров плана, продольного профиля и поперечного профиля на основе законов распределения и дисперсионных картин.

Публикации. Основные результаты были опубликованы в 13 научных работах общим объемом 103 страницы. Три работы опубликованы в

6

изданиях, рекомендованных ВАК: «Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура», «Дороги и мосты».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] на примере углов поворота горизонтальных кривых была предложена схема определения вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие; в работах [2, 3] была предложена методика определения количества вовлекаемых в ДТП транспортных средств на прогнозируемый период времени, а также предложены рекомендации по применению отдельных геометрических параметров автомобильных дорог.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, че-

тырех глав, изложенных на 141 странице машинописного текста, заключения, списка используемой литературы, содержащего 99 наименований, и 8 приложений. Диссертация содержит 31 рисунок и 51 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность выбранной темы диссертационного исследования, показана его научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и основные задачи.

Первая глава посвящена анализу роли геометрической составляющей в вопросе формирования дорожно-транспортного происшествия на автомобильной дороге.

Впервые предложена новая классификация элементов автомобильных дорог, состоящая из пяти основных составляющих: человеческой, ситуационной, геоклиматической, транспортной и геометрической с пояснениями их содержания. Предложена схема взаимодействия этих составляющих. Обосновано влияние геометрической составляющей на протяжении межреконструкционного срока автомобильной дороги. Дана подробная классификация геометрических параметров.

Дано описание методам оценки аварийности, применяемым в настоящее время на территории разных стран. Указаны их положительные и отрицательные стороны. Отмечены недостатки применяемых методов и обоснована необходимость разработки новых.

Сравнены нормативные документы стран с разными уровнями аварийности на автомобильных дорогах (Канада, США, ЮАР, Россия и др.) с

7

целью определения полного спектра геометрических параметров на автомобильных дорогах, учтенных нормативами и неохваченных ими.

Рассмотрены различные аспекты влияния геометрических параметров автомобильных дорог на характер движения транспортных средств, на психоэмоциональное состояние водителей.

Дано обоснование выбора геометрической составляющей в качестве приоритетной при разработке метода прогнозирования и оценки аварийности на автомобильных дорогах. Указаны ограничения применимости влияния геометрии на аварийность.

Вторая глава посвящена разработке стохастической модели влияния геометрических параметров на аварийность на двухполосных загородных автомобильных дорогах с применением принципов логики вероятностей.

Впервые была описана логико-вероятностная модель работы (отказа) многофакторной системы влияния геометрических параметров на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие. Она описывается следующим уравнением:

где Qi – вероятность невовлечения транспортного средства в ДТП под воздействием i-го параметра геометрии (i = 1, 2,…, n– 1, n), (Qi = 1 – Pi), д.е.; Рi – вероятность вовлечения в ДТП под воздействием i-го геометрического

параметра i (i = 1, 2,…, n– 1, n), (Pi = 1 – Qi), д.е.; Yn – функция работы (под работой подразумевается безаварийный проезд участка автомобильной до-

роги автомобилем); – функция отказа (под отказом понимается вовлечение автомобиля в дорожно-транспортное происшествие на анализируемом участке дороги).

Дана зависимость количества автомобилей, вовлеченных в дорожнотранспортное происшествие от годовой интенсивности дорожного движения (количества транспортных средств, прошедших через участок в год).

На рис. 1 эта зависимость представлена в графическом виде.

8

Рис.1. Изменение уровня риска попадания в ДТП одного автомобиля в зависимости от количества прошедших через сечение транспортных средств в год

Предложен механизм взаимодействия этой зависимости и логиковероятностной модели, а также эмпирического коэффициента К, учитывающего разнородность участков по геометрической сложности и нивелирующего участки концентрации дорожно-транспортных происшествий. Этот коэффициент зависит от интенсивности дорожного движения, а также от протяженности подлежащего оценке участка автомобильной дороги. При этом целесообразность введения данного коэффициента определяется сравнением номинальной протяженности оцениваемого участка и протяженности критического по длине участка. Коэффициент К находится по формуле 3.

где К – эмпирический коэффициент, I – интенсивность движения, авт./сут.; L – длина участка автомобильной дороги, км.

Окончательная формула модели влияния геометрических параметров на вовлечение транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие на двухполосных загородных автомобильных дорогах будет определятся следующим образом.

9

где Pполн – вероятность вовлечения автомобиля в аварию под воздействием набора n геометрических параметров), д.е.; Qi – вероятность невовлечения транспортных средств в ДТП под воздействием i-го параметра геометрии (i = 1, 2,…, n– 1, n), (Qi =1 – Pi), д.е.; Рi – вероятность вовлечения автомобиля в ДТП под воздействием i-го геометрического параметра (i = 1, 2,

3,…, n – 1, n); К – эмпирический коэффициент; Lучастка – длина подлежащего оценке участка автомобильной дороги, км.

Нахождение Pi и Qi будет основываться не на нахождении вероятности по закону распределения, а на нахождении частости вовлечения транспортного средства в ДТП под воздействием i-го геометрического параметра автомобильной дороги при большом числе опытов (аварий).

Общее определение частости появления события А может быть выражено формулой.

где P(A) – частость появления события А; N(A) – количество опытов, где событие А явилось итогом; N – общее число проведенных опытов.

На основании (5), при известном общем количестве вовлеченных автомобилей в ДТП под воздействием i-го параметра геометрии, а также при известном количестве транспортных средств, вовлеченных в аварию при нахождении i-го параметра геометрии в определенном интервале рассматриваемого диапазона, можно рассчитать вероятность вовлечения автомобиля в ДТП при определенных значениях i-го параметра геометрии. При неограниченном увеличении общего числа опытов, и числа опытов, следствием которых явилось наступление события А, частость по математическому смыслу становится тождественна вероятности.

При невозможности инструментального определения одного или нескольких геометрических параметров, их значения будут определяться, как интервал возможных значений на основании наиболее распространенных взаимных сочетаний параметров. Картина, отображающая взаимосвязь двух параметров представлена на рис. 2.

10