3. Обследование и оптимизация фаз работы светофоров по пешеходным и транспортным потокам
Динамическая система, представляющая совокупность взаимодействия пешеходов и транспортных средств, в которой действия участников регламентированы специальными правилами (законами), называется дорожным движением.
Под организацией дорожного движения понимают комплекс научных, инженерных и организационных мероприятий, обеспечивающих необходимый уровень эффективности и безопасности транспортного и пешеходного движения.
Грамотное вмешательство в дорожное движение возможно только на основании знаний его закономерностей. Эти знания выработаны многими исследованиями и практикой организаций движения. Наиболее распространенными характеристиками дорожного движения являются: интенсивность, плотность, скорость, состав, задержки, распределение транспортных потоков по направлениям. Транспортный поток характеризуется взаимодействием в пространстве и во времени транспортных средств.
Работа каждого светофора представляет собой постоянно повторяющийся цикл, который состоит из фаз. Фазы управляют движением транспортных и пешеходных потоков.
3.1.Рабочие фазы и направления движения автомобильных потоков светофорных объектов на ул. Ленинградской
На рис. 3.1 ÷ рис. 3.9 изображены циклы и фаза работы, а так же направления транспортных потоков для каждой фазы данного перекрестка одного из девяти расположенных на улице Ленинградской. Направления пассажирских потоков изображены также на этих девяти рисунках, но более детально для расчетов на рис. 3.10.
Рис.
3.1. – Перекресток № 1.
Рис.
3.2. – Перекресток № 2.
Рис.
3.3. – Перекресток № 3.
Рис.
3.4. – Перекресток № 4.
Рис.
3.5. – Перекресток № 5.
Рис. 3.6. – Перекресток № 6.
Рис.
3.7. – Перекресток № 7.
Рис. 3.8. – Перекресток № 8.
Рис.
3.9. – Перекресток № 9.
Рис. 3.10. – Направления движения пешеходных потоков.
В дальнейшем согласно направлениям, указанным на выше представленных рисунках подсчитаны потоки движения транспортных средств и пешеходов за час “пик” утренний и вечерний, длящиеся с 8:30 до 9:30 и с 17:30 до 18:30 соответственно. Для расчета пешеходных потоков было выбрано время, в которое происходит наибольшее число ДТП с их участием – это c 17:00 до 18:00 по будням (с понедельника по пятницу).
3.2. Исходные данные по потокам пешеходов и транспорта
3.2.1. Понятие об интенсивности, скорости и плотности тс, исходные данные по потокам
Интенсивность N (х; t1; t2) — это число транспортных средств, проходящих через сечение дороги X — Х в течение заданного промежутка времени (t1; t2). В зависимости от решаемой задачи расчетным периодом определения интенсивности движения может служить год, месяц, неделя, сутки, час и пр.
Интенсивность движения величина неравномерная и в пространстве (на различных дорогах или на различных участках одной и той же дороги) и во времени. На представленной зависимости можно выделить зоны повышенной интенсивности и опасности движения, соответствующие так называемым «пиковым периодам» — утренним (движение к месту работы) и вечерним (движение после окончания работы).
Плотность q (x1; x2; t) — это число транспортных средств, находящихся в данный момент времени t на заданном участке дороги(x1; x2). Плотность потока характеризует загрузку дороги. Предельная плотность данного участка соответствует числу неподвижных транспортных средств, расположенных вплотную друг к другу.
Так, для легковых автомобилей это значение составит 200 авт/км, для автопоездов длиной 24 м — около 40 авт/км. С увеличением плотности увеличивается взаимовлияние транспортных средств в потоке, снижается возможность выполнения маневров и, как следствие, снижается пропускная способность системы ДД. Плотность потока определяют уровнем загрузки дороги Z, представляющим собой отношение фактической плотности к максимально возможной по условиям движения:
Z = qфакт. /qмах, (3.1)
Скорость V (x1; x2; t) определяется как отношение пройденного участка дороги (х1, х2) к промежутку времени t, за который этот участок пройден. В практике организации движения используют понятия скорости: мгновенной, сообщения, крейсерской, технической, эксплуатационной, транспортного потока.
Мгновенная скорость характеризуется мгновенным фиксированным значением Va в определенном сечении дороги.
Скорость сообщения Vc определяется как отношение расстояния между пунктами сообщения к времени нахождения транспортного средства на маршруте.
Темп движения — время, затрачиваемое на преодоление единицы длины пути, т. е. величина, обратная скорости сообщения, Т = 1/Vc. Скорость транспортного средства зависит от всего многообразия факторов, составляющих систему В—А—Д—С. Верхний предел определяется максимальной конструктивной скоростью Vmax, заложенной в конструкцию транспортного средства заводом изготовителем. Однако реализация максимальной скорости в условиях движения происходит кратковременно в чрезвычайных случаях.
В реальных условиях автомобиль движется с крейсерской скоростью, составляющей 0,7 ... 0,85 Vmax. Фактически наблюдаемый диапазон скоростей ниже ввиду неоднородности и сложности условий движения. Одним из важнейших факторов, определяющих выбор водителем скоростного режима, является условие видимости.
Техническая скорость определяется отношением пройденного расстояния к сумме времени движения и остановок, связанных с ОДД (светофоры, железнодорожные переезды и т. п.).
Эксплуатационная скорость определяется отношением пройденного расстояния ко всему времени нахождения транспортного средства на маршруте, включая время, связанное с технологией перевозок (погрузка, выгрузка и т. п.).
Скорость транспортного потока — это средняя скорость движения транспортных средств на определенном отрезке пути за определенный отрезок времени.
Кроме того, скоростной режим зависит от интенсивности потока
Vа=Vсв (1-КN), (3.2)
где Vсв — скорость в свободных условиях движения; КN — коэффициент, учитывающий влияние интенсивности потока (0... 1).
Задержки движения характеризуются потерей времени при прохождении транспортным средством заданного участка [l1, l2] со скоростью сообщения, ниже оптимальной:
∆Т=l1 ∫l2 (1/Vф — 1/Vо) (3.3)
где Vф,Vо — соответственно фактическая и оптимальная скорости сообщения.
Оптимальной скоростью в данном случае следует считать скорость сообщения, обеспечивающую минимум потерь времени, топлива, расходов, связанных с износом автомобиля, потерь от ДТП и т. д. Ввиду трудности определения истинного значения оптимальной скорости в практике организации движения условно в качестве оптимальной принимают разрешенную (расчетную по условию безопасности) скорость на данном участке дороги.
Потери времени транспортного потока
Т = 2N∆T, (3.4)
где 2N — суммарная интенсивность движения.
Различают задержки на перегонах и пересечениях. Задержки на перегонах являются результатом маневрирования, наличия в потоке автомобилей, движущихся с малыми скоростями, движения пешеходов, остановок и стоянок транспортных средств, перенасыщенности потока. Задержки на пересечениях являются результатом необходимости пропуска транспортных и пешеходных потоков по пересекающимся направлениям.
Между скоростью, интенсивностью и плотностью существует соотношение, описываемое основной диаграммой транспортного потока.
Временной интервал между следующими друг за другом транспортными средствами есть величина, обратная интенсивности движения;
T=1/N(x; t1; t2) (3.5)
Дистанция между следующими друг за другом транспортными средствами есть величина, обратная плотности движения,
D= 1/ q(x; t1; t2) (3.6)
Время Т, затрачиваемое на прохождение автомобилем расстояния d, определяется соотношением T = d/V, Подставив в него выражение для временного интервала и дистанции, получим выражение, связывающее интенсивность, плотность и скорость,
N(x1; t1; t2),= q(x1; x2; t) V (x1; x2; t) (3.7)
В случае однородности потока это соотношение может быть записано как: N = q V. Максимум кривой по диаграмме соответствует пропускной способности. Тангенс угла наклона радиального вектора, проведенного из начала координат в некоторую точку кривой, характеризует среднюю скорость потока.
С увеличением плотности, превышающей значение пропускной способности, скорость потока падает вплоть до нуля, что соответствует затору. Заторы бывают двух видов: регулярные и нерегулярные. Регулярность заторов является результатом превышения пропускной способности участка дороги. В частности, заторы возникают в так называемых «узких» местах: значительные уклоны, кривые малых радиусов в плане, сужение проезжей части, примыкание въездов на магистрали и пр. Нерегулярные заторы: возникают в результате ДТП, непредусмотренной остановки автомобиля, т. е. их возникновение, является случайным событием.
Затор сопровождается возникновением ударной волны, распространяющейся в направлении, противоположном движению транспортного потока, и характеризуется увеличением плотности движения и снижением скорости потока вплоть до полной его остановки. Всякое предзаторовое состояние независимо от причины его возникновений приводит к неустойчивости потока, сопровождается снижением скорости, остановками. Это явление наблюдается также при достижении интенсивности на дороге, соответствующей ее пропускной способности. Таким образом, для эффективного использования дороги необходимо, чтобы фактическая интенсивность была несколько ниже пропускной способности, что создает некоторый резерв, обеспечивающий устойчивость потока при непредвиденных возмущениях.
Пропускная способность дороги зависит от всей системы ДД и характеризует в совокупности все составляющие этой системы (В — А — Д — С). Так, например, формирование потока однотипными автомобилями, обладающими равными тяговыми и тормозными свойствами, увеличивает пропускную способность дороги. Это происходит в результате уменьшения безопасной дистанции между автомобилями без снижения скорости. Пропускная способность может быть также увеличена в результате улучшения дорожных условий, повышения квалификации водителей и т. д. Поэтому под термином «пропускная способность дороги» по существу понимается пропускная способность системы В — А — Д — С. Рассматривая пропускную способность с позиций обеспечения эффективности транспортного процесса, ее определение должно включать не только понятие собственно движения интенсивность, скорость, плотность, но также и технико-экономические, энергетические, психофизиологические и другие затраты. Таким образом, определение оптимальной пропускной способности — задача перспективная. Расчетное определение пропускной способности основано на математическом моделировании транспортных потоков. Оценка пропускной способности дороги различна для перегона и для пересечения дорог в одном уровне.
В данном дипломном проекте расчет будет произведен для утреннего и вечернего часа пик, так как в это время наихудшая обстановка на дороге и ее наибольшая загрузка.
Схемы перекрестков с изображением числа полос временем работы фаз, цикла и направлением движения ТС изображены на рис. 3.1 ÷ 3.9.
Замерены следующие показатели Q – плотность потока ТС и интенсивность ТС – N.
В данном случае, выбранном для дипломной работы, задействован наиболее худший случай загрузки дорожной сети. Поэтому плотность потока – Z равна единице Z= qфакт. /qмах = qмах /qмах =1.
Расчет будет произведен для каждого перекрестка в отдельности по направлениям, указанным в пункте 3. 1.
Рассчитаны будут для данных перекрестков временной интервал – T, D – интервал и дистанция и скорость движения на перекрестке – V.
Все полученные данные с девяти перекрестков занесены в таблицы 3.1 ÷ 3.9 для утреннего и вечернего часов пик. Результаты расчетов по исходным данным записаны в табл. 3.10 ÷ табл. 3.18.
Таблица 3.1
Исходные данные для перекрестка № 1.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 и 2 |
544 |
868 |
660 |
1168 |
3 |
232 |
420 |
324 |
328 |
4 |
660 |
668 |
1964 |
496 |
Из исходных данных видно, что по направлению 4 в вечерний час пик образуется затор. Превышающий пропускную способность в 4 раза, а по направлениям 1 и 2 образованная пробка меньше, так как пропускная способность меньше в 2 раза, чем нужно. В утренний час пик ситуация немного другая пробки по направлениям 1 и 2, 3 превышают пропускную способность в 2 раза.
Таблица 3.2
Исходные данные для перекрестка № 2.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
676 |
892 |
140 |
196 |
2 |
380 |
548 |
1992 |
648 |
3 |
632 |
784 |
1248 |
920 |
4 |
248 |
260 |
828 |
172 |
Из данных таблицы видно, что в вечерний час пик пробки на 2, 3 и 4 направлениях. Число машин минующих перекресток меньше в 3 раза на втором направлении, меньше на 1/3 на 3 направлении и в 4 раза меньше на 4 направлении.
Таблица 3.3
Исходные данные для перекрестка № 3.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
1152 |
796 |
1316 |
692 |
2 |
352 |
452 |
|
|
3 |
820 |
912 |
1752 |
1172 |
4 |
932 |
1044 |
424 |
776 |
Таблица 3.4
Исходные данные для перекрестка № 4.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
552 |
2056 |
332 |
1204 |
2 |
860 |
1528 |
2616 |
1872 |
3 |
384 |
376 |
472 |
416 |
Таблица 3.5
Исходные данные для перекрестка № 5.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
1048 |
1444 |
2100 |
556 |
2 |
3152 |
1504 |
512 |
1044 |
3 |
1616 |
824 |
588 |
624 |
4 |
1792 |
792 |
1992 |
804 |
Таблица 3.6
Исходные данные для перекрестка № 6.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
520 |
596 |
700 |
752 |
2 |
1532 |
1224 |
668 |
1028 |
3 |
360 |
324 |
388 |
324 |
4 |
512 |
740 |
748 |
816 |
Таблица 3.7
Исходные данные для перекрестка № 7.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
828 |
1036 |
940 |
1204 |
2 |
512 |
812 |
788 |
1040 |
3 |
268 |
292 |
168 |
244 |
4 |
260 |
288 |
236 |
252 |
Таблица 3.8
Исходные данные для перекрестка № 8.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
412 |
780 |
664 |
720 |
2 |
860 |
860 |
780 |
700 |
3 |
368 |
328 |
368 |
344 |
4 |
72 |
92 |
200 |
208 |
Таблица 3.9
Исходные данные для перекрестка № 9.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||
Q |
N |
Q |
N |
|
1 |
776 |
648 |
428 |
460 |
2 |
468 |
860 |
372 |
776 |
3 |
316 |
416 |
472 |
512 |
4 |
348 |
400 |
248 |
248 |
Таблица 3.10
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 1.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|||
1 и 2 |
2 |
4 |
6 |
2 |
3 |
6 |
||
3 |
4 |
9 |
7 |
3 |
11 |
4 |
||
4 |
2 |
5 |
4 |
1 |
7 |
1 |
||
Таблица 3.11
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 2.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
1 |
4 |
5 |
7 |
18 |
5 |
2 |
3 |
7 |
5 |
1 |
6 |
1 |
3 |
2 |
5 |
4 |
1 |
4 |
3 |
4 |
4 |
14 |
4 |
1 |
21 |
1 |
Таблица 3.12
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 3.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
1 |
5 |
2 |
1 |
5 |
2 |
2 |
3 |
8 |
5 |
3 |
9 |
5 |
3 |
1 |
4 |
4 |
1 |
3 |
2 |
4 |
1 |
3 |
4 |
2 |
5 |
7 |
Таблица 3.13
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 4..
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
2 |
2 |
13 |
3 |
3 |
13 |
2 |
1 |
2 |
6 |
1 |
2 |
3 |
3 |
3 |
10 |
4 |
2 |
9 |
3 |
Таблица 3.14
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 5.
.Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
1 |
2 |
5 |
0 |
6 |
1 |
2 |
0 |
2 |
2 |
2 |
3 |
7 |
3 |
1 |
4 |
2 |
2 |
6 |
4 |
4 |
1 |
5 |
2 |
1 |
4 |
1 |
Таблица 3.15
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 6.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
2 |
6 |
4 |
1 |
5 |
4 |
2 |
1 |
3 |
3 |
1 |
4 |
6 |
3 |
3 |
11 |
3 |
3 |
11 |
3 |
4 |
2 |
5 |
5 |
1 |
4 |
4 |
Таблица 3.16
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 7.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
1 |
3 |
5 |
1 |
3 |
5 |
2 |
2 |
4 |
6 |
1 |
3 |
5 |
3 |
4 |
12 |
4 |
6 |
15 |
5 |
4 |
4 |
13 |
4 |
4 |
14 |
4 |
Таблица 3.17
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 8.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
2 |
5 |
7 |
2 |
5 |
4 |
2 |
1 |
4 |
4 |
1 |
5 |
3 |
3 |
3 |
11 |
3 |
3 |
10 |
3 |
4 |
14 |
39 |
5 |
5 |
17 |
4 |
Таблица 3.18
Значения скорости, интервала движения и дистанции для перекрестка № 9.
Направление движения |
Утренний час пик |
Вечерний час пик |
||||
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
Т, мин |
D, м |
V, км/ч |
|
1 |
2 |
4 |
6 |
2 |
3 |
6 |
2 |
4 |
9 |
7 |
3 |
11 |
4 |
3 |
2 |
5 |
4 |
1 |
7 |
1 |
4 |
3 |
9 |
4 |
4 |
15 |
4 |