Особенности движения транспортных потоков

Следуя из разных мест отправления в разные места назначе­ния автомобили образуют на дороге транспортные потоки, дви­жущиеся навстречу друг другу. В каждом транспортном потоке между автомобилями устанавливаются интервалы, размер кото­рых зависит от скорости движения и индивидуальных особен­ностей водителей, выдерживающих от идущего впереди автомо­биля такое расстояние, которое им кажется безопасным. Изме­нение дорожных условий, отражающихся па скорости, вызывает соответствующее изменение расстояний между автомобилями (уплотнение или растягивание транспортного потока). Различие г, условиях движения, которые кажутся разным водителям опти­мальными, приводит к возникновению в каждом транспортном потоке внутренних помех. Происходят обгоны медленных авто­мобилей более быстрыми. Обгоны связаны с выездом обгоняющих автомобилей на смежные полосы встречного движения, что соз­дает помехи для встречных автомобилей.

Описание закономерностей движения автомобилей по дорогам в последние десятилетия является предметом быстро развиваю­щейся теории транспортных потоков - науки, анализирующей режимы движения транспортных средств в различных дорожных условиях с учетом их динамических качеств состава потока и психофизиологических особенностей водителей.

Условия движения по дороге существенно изменяются с уве­личением интенсивности, приходящейся на полосу движения. В зависимости от насыщенности дорог автомобилями различают несколько характерных режимов транспортных потоков.

Свободный поток (рис. 6.1, а).Одиночные автомобили едут но дороге на таком расстоянии друг за другом, что они практи­чески не оказывают взаимного влияния на условия движения. Проезд по дороге неутомителен для водителей, каждый из которых может избрать оптимальную для себя скорость. Из этого случая исходят при обосновании требований к отдельным элементам дорог.

Частично связанный поток (рис. 6.1, б). Движение происходит в виде временно создающихся групп из нескольких автомобилей, отличающихся по динамическим качествам и следующих какое-то время на близком расстоянии друг за другом. Обычно это вызывается тем. Что передний автомобиль, едущий с меньшей скоростью, задерживает задние. Водители их вынуждены ехать медленнее, чем хотелось бы, ожидая удобного момента для совершения обгона с выездом на соседнюю полосу, после чего получают возможность продолжать дви­жение с режимом одиночного автомобиля. Если движение на одинаковом расстоянии, близком друг от друга, с одинаковыми скоростями предписано группе водителей, едущих в одно место, то это случай организованного колонного движения.

Связанный поток (рис. 6.1, в). Все автомобили оказывают взаимное влияние. Сразу после обгона скорость обогнавшего автомобиля начинает вновь определяться движением едущего перед ним автомобиля. Движение происходит в виде больших групп автомобилей. Обгон осуществляется с тем большей труд­ностью, чем выше интенсивность движения.

Плотный, или насыщенный, поток (рис. 6.1, г). Автомобили следуют друг за другом, обгоны становятся практически невоз­можными. В местах резкого ухудшения дорожных условий воз­можны заторы.

По мере усложнения условий движения при росте интенсив­ности средние скорости транспортного потока снижаются (рис. 6.2), подчиняясь для дорог с двумя полосами движения при смешанном составе транспортного потока эмпирической зависимости, доста­точно точно аппроксимирующей экспериментальные кривые

V_ср = V_о - , (6.1)

где Vо - скорость одиночного автомобиля при отсутствии помех, зависящая от дорожных условий, км/ч;

- коэффициент снижения скорости, который зависит от состава движения; N - суммарная интенсивность движения в обоих направлениях, авт/ч.

По данным д-ра техн. наук В. В. Сильянова, для дорожных условий СНГ = 0,016 при 20 % легковых автомобилей в со­ставе транспортного потока, 0,012 при 50 % и 0,008 при 80 % легковых автомобилей. Для полностью однородного потока лег­ковых автомобилей можно полагать = 0,005.

Поскольку условия движения автомобилей для каждого из рассмотренных режимов различны, они описываются различными закономерностями теории транспортных потоков.

6.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ
АВТОМОБИЛЕЙ

Движение по дороге потока автомобилей представляет собой своеобразный неустановившийся процесс, в котором взаимное расположение и скорости автомобилей все время меняются. Поэтому режим движения потока может быть охарактеризован только средними статистическими показателями.

Измерения на каком-либо участке дороги скоростей движения последовательно проходящих автомобилей показывают, что они меняются в сравнительно широком интервале, но для основной массы автомобилей располагаются вблизи некоторого среднего значения. Чем плотнее транспортный поток, тем меньше в нем различия в скоростях отдельных автомобилей. При интенсивности, соответствующей частично связанному транспортному потоку, кривые распределения числа автомобилей по скорости имеют колоколообразное очертание, характерное для нормальной кривой распределения (рис.6.3,а).

При свободном потоке дви­жения кривые распределения скоростей для потока в целом являются суммой кривых для отдельных составляющих его групп, отличающихся по дина­мическим качествам, и могут иметь несколько вершин (рис. 6.4),

Скорости и режимы движе­ния транспортных потоков ха­рактеризуют также кумулятив­ными кривыми, показыва­ющими, какая доля автомобилей из общего количества дви­жется со скоростями, меньшими заданной (см. рис. 6.3, б). Ниж­няя часть кривой примерно до 15 % - ной обеспеченности пока­зывает, с какой скоростью дви­жутся наиболее медленные авто­мобили, вызывающие основную потребность в обгонах. Обеспе­ченность 50 % выражает сред­нюю скорость потока. Ее при­нимают за основную характеристику режима движения транспортного потока. Изгиб верхней части кривой Г при­мерно от 80 - 90 % - ной обе­спеченности выделяет наиболее быструю группу автомобилей, в число которых входят и автомобили, водители которых на­рушают требования безопас­ности движения. Поэтому за наибольшую скорость движе­ния автомобилей, для которой должна быть обеспечена безо­пасность, принимают обычно скорость 85 % - ной обеспечен­ности. Из нее исходят при разработке мер по организа­ции движения.

Для проектирования пересе­чений и примыканий дорог, а также разработки мероприятий по организации движения имеет значение интервал во времени между проходами следующих друг за другом автомобилей. При высоких интенсивностях (до 650 авт/ч по одной полосе) распределение интервалов близ­ко к распределению Пирсона III типа, при малых (до 200 авт/ч) - к распределению Пуассона (рис. 6.5).

Важной характеристикой яв­ляется также плотность транс­портного потока - количество автомобилей, приходящееся при данной средней скорости на единицу длины однородного по транспортным качествам участка дороги обычно протяже­нием 1 км:

р = 1/S = N/V, где

S - длина участка на дороге, приходящаяся па один авто­мобиль, км; N- интенсивность движения, авт/ч; V- скорость движения, км/ч.

График зависимости между плотностью транспортного потока и его интенсивностью (рис. 6.6) имеет явно выраженный макси­мум, соответствующий наибольшему количеству автомобилей, которое может пропустить дорога на данном участке при наибо­лее выгодной скорости движения.

Характерно, что одной интенсивности движения, кроме точки максимума, соответствуют два значения плотности транспортного потока. В одном случае поток состоит из быстрых автомобилей с большими дистанциями между ними, в другом - из более мед­ленных автомобилей, следующих на меньших расстояниях друг от друга.

Сложность процессов, протекающих в движущемся потоке автомобилей, и влияние на скорость каждого из них большого числа факторов не позволяют описать режимы движения потока точными математическими зависимостями. Поэтому высказанные в разное время гипотезы теории движения транспортных потоков исходят из рассмотрения упрощенных, часто умозрительных и не подтвержденных наблюдениями схем (моделей). Их можно разделить на две основные группы:

- теории, основанные на динамических моделях потока автомо­билей. Они исследуют расстояния при различных скоростях между автомобилями, движущимися друг за другом без обгона по одной полосе проезжей части, и распространяют установлен­ные закономерности на весь транспортный поток. Эта схема лучше всего соответствует высоким интенсивностям движения, когда обгоны практически невозможны или сопряжены с весьма большим риском;

- теории, основанные на вероятностных моделях. Они анали­зируют движение двух встречных потоков автомобилей в целом, учитывая возможность обгонов с заездом на полосу встречного движения при наличии во встречном потоке достаточного интер­вала между автомобилями.

Из динамических моделей при обосновании требований к до­рогам пока еще наибольшее распространение имеет «упрощенная динамическая модель», которая предполагает, что движение всех автомобилей происходит с равными скоростями и на одинаковом расстоянии друг от друга, зависящем от длины тормозного пути.

Несколько более совершенна динамическая теория «следова­ния за лидером». Она предполагает, что в пределах транспортного потока расстояния между автомобилями не являются постоянными и все время меняются. В каждой паре автомобилей задний дви­жется с ускорением, пропорциональным разности скоростей переднего и заднего автомобилей:

где V_п и V_з - скорости переднего и заднего автомобилей;

t_p - время реакции водителя.

Так как задний автомобиль, в свою очередь, является перед­ним для следующего за ним, его ускорение или притормажива­ние отражается на следующем автомобиле и в транспортном потоке все время возникают своеобразные волны сгущения и разуплотнения.

Возможность проведения аналогии между движением транс­портного потока и течением по руслу вязкой жидкости привела к появлению «гидродинамической модели», позволяющей иссле­довать скорость сжатия и растягивания транспортных потоков при возникновении и последующем удалении препятствия на пути потока автомобилей, движущегося с постоянной скоростью.

Для расчетов, связанных с организацией движения, наиболее широкое распространение, очевидно, получат вероятностные мо­дели, учитывающие возможность обгона, поскольку они точнее учитывают реальные условия движения по дороге. Однако раз­работаны они пока еще в меньшей степени, чем динамические теории. Вероятностные модели рассматривают характеристики режима каждого автомобиля в потоке - скорость, выдерживае­мый интервал и выходы на обгон как случайные события, возникновение каждого из которых в малой степени связано с предшествующими. Для оценки этих характеристик весьма перспек­тивно использование теории массового обслуживания.

Основной областью применения вероятностных моделей яв­ляются задачи, в которых решаются вопросы взаимодействия по­токов автомобилей средней интенсивности, движущихся по различ­ным полосам, например по пересечениям в одном уровне, участкам слияния и переплетения, в условиях, когда еще возможны об­гоны.

Дата добавления: 2014-01-13