Транспортно-эксплуатационные качества дорог и городских улиц

Лекция 5 Закономерности формирования транспортных потоков

1. Качественные состояния потока автомобилей

С изменением интенсивности движения на дороге резко меняется качественное состояние транспортного потока и условия труда водителей.

Для характеристики различных состояний потока автомобилей и условий движения используют следующие показатели:

1. Коэффициент загрузки движением z представляет собой отношение интенсивности движения N к пропускной способности данного участка (или элемента) дороги Р, т. е.

, (1)

Применение понятия коэффициента загрузки позволяет строить сопоставимые зависимости характеристик движения потока автомобилей от дорожных условий для дорог различных категорий, так как эта величина безразмерная. Коэффициент z может принимать любые значения от 0 до 1.

2. Коэффициент скорости движения с – это отношение скорости при каком-либо уровне удобства движения v_z к желаемой скорости в свободных условиях v_ж, которую выбирает водитель для обеспечения высокой комфортабельности поездки:

, (2)

Значение желаемой скорости движения в свободных условиях зависит от многих факторов: расстояния до цели поездки, состояния водителя, его квалификации и опыта, состояния дорожного покрытия, геометрических элементов и планировочных решений на дороге. Отклонения от желаемых условий движения (например, несвоевременного достижения цели поездки) вызывает у водителя чувство снижения удобства и комфортабельности, а иногда и нервозность, которая может привести к непоправимым ошибкам – дорожно-транспортному происшествию.

3. Коэффициент насыщения движением ρ представляет собой отношение плотности при каком-либо уровне удобства q_z к максимальной плотности q_max, т. е.

. (3)

4. Под уровнем удобства движения понимается определенное качественное состояние потока автомобилей, при котором устанавливаются характерные условия труда водителей, условия комфортабельности поездки и эффективности работы автомобилей, а также аварийность. Каждый уровень характеризуется значениями коэффициентов загрузки, скорости и насыщения движением.

Анализ транспортного потока показывает существование четырех наиболее характерных его состояний – четырех уровней удобства движения А, Б, В и Г.

Уровень удобства А. Этот уровень характеризуется коэффициентами: загрузки , скорости и насыщенности . Обгоны практически отсутствуют, автомобили не взаимодействуют между собой. Водитель может выдерживать желаемую скорость движения. Снижение средних скоростей незначительно. Эмоциональная напряженность водителя низкая. Водитель и пассажиры не испытывают неудобства при движении. Поездки комфортабельны. Поток при уровне А называется свободным.

Уровень удобства Б. При этом уровне ; ; . В потоке непрерывно возрастает число быстро движущихся автомобилей, которые совершают обгоны или вынуждены двигаться в пачках за медленно движущимися. Наблюдается резкое падение средних скоростей. Опыты показали, что обгоны невозможны при . Это можно считать верхней границей уровня удобства движения Б. Эмоциональная напряженность водителей быстро возрастает по мере загрузки движением и приближается к наибольшей. Частота маневров наибольшая. При этом уровне водители испытывают снижение комфортабельности поездки из-за необходимости совершения маневров обгона или объезда. Такой поток автомобилей называется устойчивым.

Уровень удобства В. При этом уровне ; ; . Характерным является дальнейшее снижение скоростей движения. Эмоциональная напряженность водителя достигает наибольшего уровня. Водители испытывают неудобства из-за невозможности обгона медленно движущихся автомобилей и необходимости внимательно следить за впереди идущим автомобилем. Комфортабельность поездки резко снижается. Поток состоит из отдельных больших групп и пачек. Такой поток носит название неустойчивого.

Уровень удобства Г. При этом уровне удобства ; ; .

Движение происходит с остановками вследствие состояния потока, близкого к затору. Эмоциональная напряженность водителя снижается из-за снижения скоростей и движения с постоянными низкими скоростями. Скорости всех автомобилей близки между собой, среднее квадратическое отклонение значений скоростей небольшое. Водители и пассажиры испытывают наибольшие неудобства от поездки. Движение происходит с неэкономичными скоростями в колонном режиме. Этот поток можно назвать насыщенным.

Существенное влияние загрузка дорог движением оказывает на потери времени автомобилями в пути.

Степень загрузки движением также оказывает влияние на расход топлива, т. е. на экономичность движения. Наименьший расход отмечен при .

Описанные состояния потока автомобилей складываются в результате изменения не только интенсивности, но и дорожных условий, а также вследствие применения средств организации движения. Задача инженера-проектировщика автомобильных дорог и инженера дорожного движения — создать на дороге уровень удобства, обеспечивающий наилучшие и наиболее эффективные условия работы автомобильного транспорта.

При проектировании и эксплуатации дорог стремятся обеспечить оптимальный уровень удобства движения на дороге, который различен для каждой категории дорог.

2. Режимы движения потоков автомобилей на горизонтальных участках дорог

На горизонтальных участках основное влияние на режим движения оказывают интенсивность, состав и плотность движения. Для установления характера зависимости скорости от интенсивности и состава движения наблюдения проводят на прямых горизонтальных участках, имеющих хорошую ровность.

Рис. 4.7. Обработка данных наблюдений методами математической статистики:

а – кривые распределения; б – кумулятивные кривые;

1 - авт/ч; 2 - авт/ч (в потоке на 10% меньше грузовых автомобилей); 3 - авт/ч.

При обработке данных наблюдений методами математической статистики было отмечено, что кривые распределения скоростей движения при высоких интенсивностях имеют колоколообразное очертание (рис. 4.7, а), причем значения наиболее часто встречающихся скоростей незначительно отличаются друг от друга.

При плотных потоках данные наблюдений соответствуют кривой нормального распределения (см. рис. 4.7, а),

Кривые распределения скоростей при малой интенсивности движения, когда медленные и быстрые автомобили практически не оказывают влияния друг на друга и водители свободны в выборе скорости движения, могут иметь одну, две и даже три вершины (рис. 4.8). Эту кривую можно рассматривать как состоящую из трех кривых нормального распределения (рис. 4.8): одна – для медленно движущихся автомобилей (кривая I), другая – для большинства автомобилей потока (кривая II) и третья – для быстро движущейся части потока (кривая III). Суммирование этих кривых дает кривую распределения всего потока, которая и получается при обработке результатов наблюдений. С увеличением интенсивности движения кривые I и III исчезают, так как происходит выравнивание скоростей быстро- и медленнодвижущихся автомобилей. Поэтому при очень высоких интенсивностях движения кривая распределения становится практически одновершинной. Трехвершинные кривые распределения скоростей движения характерны для низкой интенсивности движения и, особенно для участков дорог, где наблюдается большая разница в скоростях движения грузовых и легковых автомобилей, обусловленная различием их динамических качеств.

Рис. 4.10. Зависимость разности скоростей, движущихся друг за другом автомобилей от интенсивности движения по автомобильной дороге

Наблюдения показали, что с увеличением интенсивности движения скорости движущихся друг за другом автомобилей сближаются (рис. 4.10).

При свободных условиях движения разница в скоростях составляет – 20-15 км/ч, уменьшаясь до 5 км/ч при интенсивности 900 авт/ч в обоих направлениях.

Большое влияние на скорость движения оказывает плотность, являющаяся важнейшей характеристикой транспортного потока.