Лабораторная работа № 2

Цель. Усвоить метод определения пропускной способности автомобильных дорог с многополосной проезжей частью, основанный на использовании коэффициентов её снижения.

Задание. Определить влияние дорожных условий и состава транспортного потока на пропускную способность автомобильных дорог с многополосной проезжей частью в одном направлении и обосновать число полос движения.

Исходные данные для расчетов

Таблица 2.1.

Исходные данные для выполнения работы № 2

Вариант	Тип дороги	Расстояние между примыканиями, км	Расстояние от застройки до проезжей части, м	Тип автобусной остановки	Наличие продольной разметки	Ширина разделительной полосы, м	Доля грузовых автомобилей, %
							тяжелых	легких и средних (50/50)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	4 6 4 6 4 6 4 6 4 6	>2,5 1,5 1,0 0,5 <0,5 >2,5 1,5 1,0 0,5 <0,5	>100 50-100 25-50 15-25 5-10 <5 >100 50-100 25-50 5-10	I II Ш IV V I II III IV V	+ - + - + - + - + -	<5(2) 1-2 (1) 0,5-1,0(3) <5(2) 1-2(1) 0,5-1,0(3) <5(2) 1-2(1) 0,5-1,0(3) 1-2(1)	1 5 10 15 20 25 1 5 10 15	20 50 70 10 20 50 70 10 20 50

Методические указания

Пропускная способность автомобильных дорог с многополосной проезжей частью в одном направлении определяется суммированием пропускных способностей полос, входящих в данное направление дороги:

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃, (2.1)

где Р₁; Р₂; Р₃ - пропускная способность соответственно крайней левой, средней и крайней правой полос движения (для шестиполосных дорог), авт./ч.

Пропускная способность каждой из полос, входящих в сечение дороги:

Р_{1,2, 3} = Р_max Q, (2.2)

где Р_max - максимальная пропускная способность полосы движения в идеальных условиях; Q - суммарный коэффициент снижения пропускной способности для соответствующей полосы.

Отсутствие соответствующих значений коэффициентов (для отечественных условий движения) затрудняет использование этого метода для определения пропускной способности многополосных автомобильных дорог. Наблюдения за режимами движения показали, что коэффициенты снижения, полученные для двухполосных загородных дорог, нельзя использовать для расчетов пропускной способности многополосных дорог.

Пропускная способность полосы движения многополосных дорог при идеальных условиях следующая:

на четырехполосных дорогах - 1850 авт./ч;

на шестиполосных - 1950 авт./ч.

Рассмотрим коэффициенты снижения пропускной способности – β₁ полученные по результатам исследований потоков автомобилей на многополосных автомобильных дорогах на подходах к городу (табл.2.2.).

Таблица 2.2.

_{Значение коэффициента β1}

Тип дороги и полоса движения	Коэффициент снижения β1 при расстояниях между пересечениями и примыканиями, км
	Более 2,5	1,5	1,0	0,5	Менее 0,5
Четырёхполосная: правая левая две полосы в одном направлении Шестиполосная: крайняя правая средняя крайняя левая три полосы в одном направлении	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	0,99 1,00 0,99 0,98 0,99 1,00 0,99	0,93 0,97 0,95 0,93 0,97 0,99 0,95	0,85 0,96 0,90 0,87 0,94 0,97 0,92	0,72 0,94 0,83 0,80 0,90 0,95 0,88

Пропускная способность снижается из-за частых пересечений и примыканий в одном уровне. Влияние расстояний между пересечениями и примыканиями проявляется по-разному на каждой из полос дорог. Особенно сильно пропускная способность снижается на крайних правых полосах многополосных дорог.

Худшие условия складываются на четырёхполосных дорогах, чем на шестиполосных. Это связано с тем, что здесь на участках между пересечениями автомобили, движущиеся в прямом направлении, испытывают большее влияние со стороны автомобилей, меняющих полосы движения. Это, в первую очередь, оказывает .влияние на снижение скорости транспортного потока. Наиболее сильное влияние на снижение пропускной способности многополосных дорог оказывают пересечения и примыкания, расположенные Друг от друга на расстоянии менее 500 м.

Значения коэффициентов снижения пропускной способности β₂ многополосных дорог с учетом влияния застройки приведены в табл. 2.3. Наиболее сильное влияние застройки испытывают автомобили, движущиеся по крайним правым полосам движения. Застройка, расположенная на расстоянии более 100 м от края проезжей части, практически не оказывает влияния на скорости движения транспортных средств.

Таблица 2.3.

_{Значение коэффициента β}2

Тип дороги и полоса движения	Коэффициент снижения β2 при расстояниях от застройки до проезжей части, м
	100, более	свыше 50 до 100 включит	свыше 25 до 50 включит	от 15 до 25 включит	от 5 до 10 включит	5, менее
Четырёхполосная: правая левая две полосы в одном направлении Шестиполосная: крайняя правая средняя крайняя левая три полосы в одном направлении	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	0,99 0,99 0,99 0,99 1,00 1,00 0,99	0,95 0,98 0,96 0,96 0,98 0,99 0,97	0,90 0,95 0,93 0,90 0,85 0,99 0,95	0,80 0,91 0,85 0,83 0,92 0,98 0,90	0,70 0,86 0,78 0,72 0,89 0,96 0,86

Частота расположения автобусных остановок на автомобильных дорогах пригородной зоны незначительно отличается от частоты расположения остановок в городских условиях. На многополосных дорогах пригородной зоны автобусные остановки располагаются в среднем на расстоянии 500-700 м друг от друга. Планировочные характеристики и характер размещения автобусных остановок относительно основной проезжей части оказывают влияние на режим движения транспортных средств. В результате обследований были выделены следующие наиболее характерные для пригородных участков дорог типы автобусных остановок:

- с отделением автобусной остановки от проезжей части дороги при наличии отгона ширины и переходно-скоростных полос (I тип);

- то же, но без отделения автобусной остановки от проезжей части основной дороги (II тип);

- то же, при наличии только отгона ширины (III тип);

- при наличии только уширения крайней правой полосы основной дороги (IV тип);

• размещенная на проезжей части основной дороги (V тип).

Значения коэффициентов снижения β₃ зависят от типа автобусной остановки (табл. 2.4.).

Таблица 2.4.

Значение коэффициента β₃

Тип дороги и полоса движения	Коэффициент снижения β3 в зависимости от типа автобусной остановки
	I	II	III	IV	V
Четырехполосная: правая левая две полосы в одном направлении Шестиполосная крайняя правая средняя крайняя левая три полосы в одном направлении	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	0,98 1,00 0,99 0,98 1,00 1,00 0,99	0,92 0,98- 0,95 0,93 0,98 1,00 0,97	0,84 0,95 0,90 0,86 0,96 0,98 0,93	0,72 0,90 0,81 0,81 0,93 0,97 0,90

В исследованиях, выполненных на основе сопоставления приведенных суммарных затрат, получены области применимости различных планировочных решений в зоне автобусных остановок в зависимости от соотношения интенсивностей движения автобусов и автомобилей, а также частоты расположения автобусных остановок. Принимая во внимание значения интенсивности движения автомобилей по одной полосе, интенсивности движения автобусов, а также наиболее часто встречающиеся расстояния между остановочными пунктами, можно рекомендовать для строительства на пригородных многополосных автомобильных дорогах I и II типы автобусных остановок.

Зона влияния автобусных остановок, в пределах которой режимы движения изменяются, составляет по 100-120 м в каждую сторону от остановки.

В результате исследований режимов движения на многополосных автомобильных дорогах получен ещё ряд коэффициентов снижения β₄ – β₆ .

Коэффициент β₄ в зависимости от числа полос в одном направлении принимает следующие значения:

Таблица 2.5

Число полос	Значение коэффициента β 4
1	0,62
2	0,95
3	1,00

Значения коэффициента β₅ приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6.

_{Значение коэффициента β5}

Тип разделительной полосы	Коэффициент снижения β5 при ширине разделительной полосы, м
	до 5	до 2	0,5-1,0
Приподнятый в бордюрах без краевой полосы С краевой полосой в одном уровне с проезжей частью и с установкой металлического ограждения В виде двойной осевой разметки	1,00 1,06 -	0,96 - 0,85	0,90 - 0,85

Коэффициент β₆ в зависимости от наличия продольной разметки полосы движения на многополосной дороге принимает следующие значения:

Таблица 2.7

Наличие продольной разметки	Значение коэффициента β6
Четырехполосные дороги: без разметки с разметкой Шестиполосные дороги, без разметки с разметкой	0,85 1,00 0,79 1,00

Таблица 2.8.

_{Значение коэффициента β}7

Доля тяжелых грузовых автомобилей в потоке, %	Коэффициент снижения β7 при доле легких и средних грузовых автомобилей в потоке, %
	10	20	50	70
1 5 10 15 20 25	1,00/1,00 0,99/0,99 0,98/0,99 0,95/0,98 0,92/0,96 0,90/0,93	0,98/0,99 0,97/0,98 0,96/0,97 0,93/0,95 0,90/0,93 0,87/0,91	0,95/0,96 0,93/0,95 0,90/0,93 0,87/0,91 0,84/0,89 0,78/0,87	0,89/0,90 0,87/0,89 0,85/0,87 0,82/0,85 0,80/0,82 0,78/0,81

Примечание. В числителе приведены значения коэффициента снижения для четырёхполосных дорог, в знаменателе - для шестиполосных.

Одним из основных факторов, влияющих на снижение пропускной способности автомобильных дорог, является состав транспортного потока. Были определены коэффициенты снижения β₇, учитывающие это влияние на многополосных дорогах (табл. 2.8.).

Данные коэффициенты отличаются от коэффициентов, полученных для двухполосных загородных дорог. Причем значения коэффициентов для шестиполосных дорог больше значений соответствующих коэффициентов для четырехполосных. Это значит, что на четырёхполосных дорогах влияние смешанного транспортного потока на режим движения значительнее, чем на шестиполосных. Учет значений коэффициентов (β₁ – β₇) при оценке пропускной способности многополосных автомобильных дорог способствует повышению качества проектирования, выбору эффективных средств регулирования движения и обоснованию мероприятий по повышению пропускной способности.

Транспортный поток складывается на дорогах из автомобилей, различающихся типом, степенью загрузки и динамическими качествами. При решении ряда практических задач возникает необходимость привести смешанный транспортный поток к однородному.

При приведении смешанного потока, движущегося по многополосным автомобильным дорогам, к однородному, необходимо учитывать данные полученных временных интервалов. Должно быть установлено число легковых автомобилей, эквивалентное числу грузовых автомобилей (коэффициенты приведения) на горизонтальных участках дорог с многополосной проезжей частью при скоростях движения 45-60 км/ч (табл. 2.9.).

Таблица 2.9.

Значение коэффициента приведения

Число полос движения в одном направлении	Коэффициенты приведения для грузовых автомобилей разной грузоподъемности
	Малая	Средняя	Большая
2 3	1,43 1,35	1,86 1,65	2,47 2,25

Проектирование поперечного профиля многополосных автомобильных дорог на подходах к городам является важной задачей. Объясняется это прежде всего спецификой транспортных потоков на многополосных дорогах и дорожными условиями. Основными элементами поперечного профиля дорог с многополосной проезжей частью на подходах к городам являются: проезжая часть, краевые и разделительные полосы обочины и тротуары. Параметры этих элементов оказывают существенное влияние на режим движения как одиночных автомобилей, так и всего потока в целом. Кроме того, на режим движения оказывают влияние элементы обустройства дорог, размещение остановочных пунктов общественного транспорта.

Одной из важнейших характеристик поперечного профиля дорог является число полос движения. Недостаточное число полос движения является наиболее частой причиной появления заторов и резкого ухудшения условий движения. Поэтому назначение числа полос движения – наиболее важная технико-экономическая задача, решаемая при проектировании дорог с учетом возможности пропуска транспортных потоков.

Для обоснования числа полос движения на перегонах дорог с многополосной проезжей частью с учётом оптимального уровня удобства движения расчеты выполняют в следующей последовательности:

• определяют максимальную часовую интенсивность движения, приведенную к легковым автомобилям N_пр.ч;

• принимают максимальную пропускную способность одной полосы движения Р_mах дорог с многополосной проезжей частью (для четырехполосных дорог – 1850 легковых авт./ч, для шестиполосных – 1950 легковых авт./ч);

• вычисляют частные и итоговый коэффициенты снижения пропускной способности (Q_итог=β₁, β₂…Β_n). Указанные коэффициенты определяют отдельно для каждой полосы, входящей в поперечное сечение многополосной дороги;

• определяют пропускную способность автомобильных дорог с многополосной проезжей частью в одном направлении Р_сеч. cуммированием пропускных способностей каждой из полос, входящих в сечение, с учетом итогового коэффициента снижения пропускной способности;

назначают число полос движения в одном направлении .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема. Изучение мгновенных скоростей движения транспортных средств на стационарном посту.

Цель. Изучить методику измерения скоростей движения транспортных средств, ознакомиться с оборудованием, применяемым для измерения скоростей, освоить обработку результатов наблюдений.

Состав задания:

4. Выбор участка улицы для проведения измерений скоростей движения транспортных средств, ознакомление с оборудованием, применяемым для измерения скоростей движения транспортных средств.

2. Проведение измерений скоростей движения транспортных средств.

5. Обработка полученных результатов.

Методические указания.

Определение скоростей транспортных средств в потоке проводится так же, как и при выполнении лабораторной работы №1 на перегонах улиц и дорог. Требования к участку, на котором предполагается измерение мгновенных скоростей, аналогичны. Сечение дороги или мерный участок выбирается таким образом, чтобы он располагался не ближе 300 м от перекрестков, т.е. в месте измерения скоростей должен наблюдаться установившийся режим движения транспортных средств.

В качестве аппаратуры для измерения скоростей транспортных средств могут применяться различные радиолокационные измерительные приборы (РИС-2-«Фара», «Барьер», «Спидган» и т.п.). Эти приборы могут быть использованы при проведении лабораторной работы только непосредственно на участке улично-дорожной сети.

Перед началом работы необходимо вычертить схему участка дороги, где проводятся измерения, указать число полос и обозначить мерный участок. Для того, чтобы с достаточной достоверностью изучить мгновенную скорость движения, необходимо, как показывают расчеты в практике организации дорожного движения, провести 150-200 измерений.

После того, как получен необходимый объем измерений (150-200), приступают к статистической обработке полученных результатов.

Все полученные значения скоростей распределяют по интервалам с шагом 5 км/ч и заносят в сводную табл.3.1.

Таблица 3.1

№ п/п	Интервалы скоростей, км/ч	Частота, mi	Частность,	Накопленная частность,
1	40-45	10	0,05	0,05
2	45-50	22	0,11	0,16
3	50-55	32	0,16	0,32
4	55-60	56	0,28	0,60
5	60-65	40	0,20	0,80
6	65-70	22	0,11	0,91
7	70-75	14	0,07	0,98
8	75-80	4	0,02	1,00
		200

Частость определяется следующим образом:

(3.1)

где m_i – число значений скорости, попавших в i-й разряд;

N – общее число измерений.

По результатам расчета частности строят гистограмму, общий вид которой показан на рис. 2.1, а по значениям накопленной частности – график, показанный на pис. 2.2.

Следующим этапом расчета является построение кривой распределения. В качестве закона распределения выбирается нормальный, который характеризуется плотностью вероятности вида

(3.2)

где  - среднее квадратическое отклонение величины V;

М — математическое ожидание.

Математическое ожидание или среднее значение случайной величины, которой является скорость транспортного потока , определяется по формуле

(3.3)

где N — общее число замеров скорости;

- середина i-ro интервала скоростей, км/ч;

m_i- количества замеров, отнесенных в i-й интервал;

К — число выбранных интервалов.

Для удобства расчетов все промежуточные результаты сводятся в табл. 2.2.

В первые пять колонок табл.2.2 переносят значения, полученные при заполнении табл.2.1 ( V, m_i, , и ). 3начения , рассчитанные для каждого интервала, заносятся в колонку 6 и суммируются. 3атем вычисляется среднее значение скорости . Для рассматриваемого примера

Рис.3.1. Гистограмма и кривая распределения скоростей движения

Рис. 3.2. Кумулятивная кривая

Далее необходимо рассчитать дисперсию D(V) и среднее квадратическое отклонение (V), которые являются характеристиками рассеивания значений скоростей.

Дисперсия рассчитывается по формуле

(3.4)

(3.5)

Величины и; вычисляют для каждого интервала, записывают в колонку 7 табл.2.2 и суммируют.

Для рассматриваемого примера по формулам (3.4) и (3.5) имеем:

;

.

Таким образом, плотность вероятности для нормального закона распределения выражается следующей зависимостью:

Следующим этапом расчета является определение теоретической вероятности попадании измеренного значения скорости в каждый интервал. По значениям теоретической вероятности строятся кривая распределения и кумулятивная кривая (рис.3.1 и рис. 3.2).

Расчет ведется с использованием интеграла вероятностей Ф, значения которого нормированы и приводятся в учебниках по математической статистике [1]:

(3.6)

Чтобы воспользоваться табличными значениями функции Ф, необходимо ввести новую переменную. Для нашего примера

, (3.7)

где V_imax- верхняя граница i-го интервала скоростей.

Результаты расчета значений z_i для каждого интервала записываются в колонку 8 табл. 3.2 и для каждого z_i по таблице функции Ф(z_i) находится значение Ф_i(V)- колонка 9. Затем определяются значения функции вероятности F_i, для каждого интервала:

F_i= 0.5+Ф_i(V). (3.8)

Значения F_i. Записываются в колонку 10.

Теперь необходимо определить значение теоретической вероятности Р_i,. Для каждого интервала:

Р_i=F_i – F_i-1 (3.9)

Результаты расчета Р_i записываются в колонку 11 табл. 3.2.

После расчета Р_i и F_i , т.е. когда статистически распределение выровнено теоретической кривой, необходимо проверить, соответствует ли данная кривая статистическому распределению. Проверку выполняют с помощью критериев согласия. Наиболее часто здесь используют критерий Пирсона - ². Для проверки выдвинутой гипотезы о случайности расхождения между теоретической кривой и статистическим распределением рассчитывают значение ² и сравнивают с его теоретическим значением ²_® взятым при уровне значимости  и числе степеней свободы r.

Значение ² – вычисляется следующим образом:

(3.10)

Для рассматриваемого примера ²=4,82 (см. табл.3.2).

Теоретическое значение ²_® для степеней свободы r = k-l-1, (где k-число интервалов, l=2 — число наложенных связей, = const и D(V)=const) и уровня значимости =0,1 берется по таблицам значений ² в зависимости от r и . В данном случае ²_=0,1(5)=9,24 и ²²_0,1(5).

Таким образом, гипотеза о соответствии теоретической кривой статистическому распределению не отвергается.

Значения Р_i наносятся на график рис. 3.1, при этом точки располагают в середине интервалов и по ним строится кривая распределения. Для построения кумулятивной кривой используют значения F_i (рис. 3.2). Кривая позволяет определить скорость 85-ной обеспеченности, которая наиболее часто используется в инженерных расчетах в ОДД.

Таблица 2.2

№ интервала	Интервал V, км/ч.	mi					Zi	Фi(V)	Fi	Pi	NPi
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	40-45	10	0,05	0,05	425	2528,1	-1,65	-0,45	0,05	0,05	10	0
2	45-50	22	0,11	0,16	1045	2613,8	-1,04	-0,35	0,15	0,10	20	0,02
3	50-55	32	0,16	0,32	1680	1113,9	-0,42	-0,16	0,34	0,19	38	0,95
4	55-60	56	0,28	0,60	3220	45,4	0,20	0,08	0,58	0,24	48	1,33
5	60-65	40	0,20	0,80	2500	672,4	0,81	0,29	0,79	0,21	42	0,10
6	65-70	22	0,11	0,91	1485	1921,8	1,43	0,42	0,92	0,13	26	0,62
7	70-75	14	0,07	0,98	1015	2783,3	2,05	0,48	0,98	0,05	10	1,60
8	75-80	4	0,02	1,00	310	1459,2	2,65	0,496	0,996	0,016	3,2	0,20
Итого		200			11680	13038					197,3	4,82