Лекція 4 розділ 4. Транспортний потік

4.1. Закономірності транспортних потоків

Для обґрунтування вибору форм і методів організації дорожнього руху та застосування для цієї мети системи управління, необхідно знати закономірності транспортних потоків.

Процес руху нерейкового транспорту надзвичайно складний та різноманітний. Це обумовлено множиною факторів: дорожніми умовами, кількістю і якістю транспортних засобів, психологічними якостями і досвідом водія. Ця багатогранність умов, при яких проходить процес руху, надає транспортному потоку певні визначені властивості та характеристики.

Життєдіяльність міста, робота підприємств та організацій значно впливають на нерівномірність розосередження транспортних засобів на вулично-дорожній мережі протягом навіть нетривалого проміжку часу, що може викликати сильні коливання величини транспортного потоку. У цьому полягає динамічний характер транспортного потоку.

На основі дослідження дорожнього руху і практики його організації встановлено багато показників і критеріїв для його опису, однак досі важко встановити єдиний комплекс характеристик. Більше того, у зв’язку із великою кількістю теоретичних та експериментальних досліджень постійно пропонують нові показники для формування інформації за окремими аспектами дорожнього руху, що, частково, пов’язано із удосконаленням методів вивчення дорожнього руху.

При розгляді показників дорожнього руху слід виділити ті з них, які є первинними. До них слід віднести показники, що визначаються потребами в перевезенні вантажів і пасажирів, а також у формуванні пішохідних кореспонденцій. До первинних показників відноситься сумарна інтенсивність руху транспортних засобів і пішоходів за відносно тривалий проміжок часу і склад транспортного потоку. Всі інші показники можна вважати похідними, оскільки вони в основному визначаються цими первинними параметрами і сукупністю умов дорожнього руху. До показників, що найчастіше використовуються у характеристиці дорожнього руху є: інтенсивність руху, склад транспортного потоку, щільність потоку транспортних засобів, швидкість руху, тривалість затримок руху.

Здатність до повторення за окремими годинами доби одних і тих же параметрів процесу руху, максимальна частота транспортних засобів у певний визначений час доказують стохастичний характер транспортних потоків, його ймовірнісну поведінку, що дає можливість стабілізувати процеси управління за заздалегідь розробленими програмами для будь-якої ситуації.

Однією із найважливіших властивостей транспортного потоку у міських умовах є його інерційність, здатність змінювання його середніх параметрів (інтенсивності, швидкості та щільності) у часі і просторі.

Ці властивості транспортного потоку, сукупність яких характеризує процес руху, є результатом взаємозв’язаного руху на мережі магістралей, що примикають до транспортного вузла. Затор руху на одній ділянці мережі змінює ритм руху на інших суміжних або прилеглих проїзних частинах. Тому, розглядаючи питання організації дорожнього руху у вузлі, слід також звертати увагу на мережу вулиць, які його утворюють.

Із сказаного випливає, що транспортний потік характеризується трьома основними параметрами: інтенсивністю руху, концентрацією або щільністю руху ( ) та швидкістю руху потоку ( ). Ці величини пов’язані між собою рівнянням 4.1.

(4.1)

Графічне зображення рівняння показано на рисунку 4.1.

Рис. 4.1. Основна діаграма транспортного потоку:

1 – інтенсивність ( ) – щільність ( ); 2 – швидкість ( ) – щільність ( )

- швидкість вільного руху, - щільність потоку, яка відповідає максимально можливій інтенсивності; - кут нахилу радіус-вектора, який характеризує швидкість транспортного потоку; А, Б, В, Г – відповідно стани транспортного потоку: вільний, частково зв’язаний, зв’язаний та щільний насичений.

Знаючи щільність транспортного потоку, можна визначити його середню швидкість за середнім тангенсом кута нахилу прямої, що з’єднує точки 1 та 2. Точка 2, розміщена на вершині кривої, показує максимальну пропускну здатність при певній швидкості руху потоку.

Основна діаграма транспортного потоку багато в чому залежить від дорожніх умов, коефіцієнта зчеплення коліс із дорожнім покриттям, складу потоку, досвіду та емоційного стану водія транспортного засобу. Тому параметри потоку можуть змінюватися на одній і тій же ділянці дороги.

Фактор взаємозалежності змінюється також від складу транспортного потоку, що дуже важливо для об’єкту системи регулювання. Без вивчення складу транспортного потоку неможливо правильно розв’язати завдання організації руху.

Розв’язання завдань при проектуванні мережі вулиць, транспортних вузлів, регулювання транспортних засобів на перехрестях або управління рухом на всій системі міських доріг повинне розпочинатися з вивчення процесу руху. Застосування математичних методів при вивченні транспортних потоків дозволило виявити багато особливостей. У якості взірців вивчення процесу руху були побудовані моделі транспортних потоків. Моделі, які розглядають поведінку елементарних частин – транспортних засобів на конкретній ділянці дороги при миттєвих швидкостях руху, називаються мікроскопічними. Моделі, що розглядають залежність щільності ( ) від інтенсивності потоку ( ) за тривалий проміжок часу, характерний для загальних особливостей транспортного потоку, називаються макроскопічними. Вивчення транспортного потоку в цьому аспекті дозволяє правильно розв’язати практичне завдання: раціональність встановлення автономного регулювання на рівні «макрорегулювання» або ж приєднання перехрестя до системи суміжних перехресть на рівні «мікрорегулювання».

Важливе значення для практичних завдань з автоматичного регулювання транспортних потоків має також взаємозв’язок параметрів транспортного потоку. Так, детермінована модель дозволяє точно розрахувати, що відбудеться з однією величиною при зміні іншої. Стохастична модель дає можливість розрахувати з визначеними ймовірностями, що при зміні будь-якої із взаємопов’язаних величин інші величини, які характеризують поведінку транспортного потоку, можуть мати множину значень. Це одна із найбільш реальних моделей транспортного потоку для міських умов.