Оценка проектных решений автомобильных дорог на основе математического моделирования

В программном комплексе «Credo» для определения показателей, используемых для оценки проектных решений, применен метод математического моделирования, основанный на имитации движения транспортного потока по запроектированной дороге. В результате моделирования могут быть получены следующие показатели: средняя скорость и время движения транспортного потока; скорости движения одиночных автомобилей; себестоимость перевозок и ее составляющие; изменение по длине дороги расстояний видимости поверхности дороги и встречного автомобиля; коэффициенты аварийности и безопасности; выброс вредных веществ двигателями автомобилей; изменение уровней транспортного шума на придорожных территориях; концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе.

При моделировании рассматривают взаимодействия в системе «Водитель - Автомобиль - Дорога - Окружающая среда». В этой системе выделяют при решении различных задач отдельные подсистемы: «Водитель - Автомобиль - Дорога»; «Дорога - Транспортный поток»; «Окружающая среда - Транспортный поток». В подсистемах имитируют процессы, происходящие на дороге, с помощью математических моделей, в которых входными параметрами являются дорожные условия, а выходными - скорости и продолжительность движения, показатели безопасности движения, затраты на перевозки, показатели неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Математические модели подсистем взаимосвязаны. Одни из них, построенные на микроуровне, описывают процессы взаимодействия конкретного автомобиля в составе транспортного потока в определенных дорожных условиях. К ним можно отнести: модель движения одиночного автомобиля; модель расхода топлива автомобилем; модель выброса вредных веществ двигателем автомобиля. Другие модели построены на макроуровне и рассматривают взаимодействия множества автомобилей (водителей) в транспортном потоке. В их число входят: модель вероятностных характеристик скоростей в транспортном потоке; модель распределения интервалов между автомобилями в транспортном потоке; модель распространения вредных веществ в воздухе придорожного пространства и т. п. Используемые модели разработаны на основе как теоретических, так и эмпирических исследований.

В подсистеме «Водитель - Автомобиль - Дорога» можно моделировать влияние дорожных условий на выбор водителем режима движения автомобиля путем детального учета дорожных факторов в дифференциальном уравнении движения автомобиля.

Подсистемы «Водитель - Автомобиль - Дорога» и «Дорога - Транспортный поток» объединены на одном информационном уровне. Результаты моделирования в подсистеме «Водитель - Автомобиль - Дорога» служат исходной информацией для прогнозирования вероятностных характеристик типовых автомобилей в подсистеме «Дорога - Транспортный поток», математическая модель которой позволяет оценить вероятности основных ситуаций взаимодействия автомобилей в транспортном потоке при изменении по длине дороги элементов плана, продольного профиля дороги, а также других параметров дорожных условий.

Исходными данными для оценки проектных решений в программном комплексе «Credo» являются:

результаты проектирования плана трассы, продольного и поперечных профилей дороги, используемые автоматически, без дополнительной обработки и повторного ввода;

данные об интенсивности движения, составе транспортного потока, коэффициентах использования пробега и грузоподъемности;

марка автомобиля, используемого для расчета максимальной скорости движения одиночного автомобиля;

данные о боковых препятствиях, ограничивающих видимость на кривых в плане (придорожные насаждения, здания, ограды и т.д.), для которых указывают их пикетажное положение и расстояние от оси внутренней полосы движения. Данные по расположенным в пределах кривых в плане выемках не требуют ввода, так как они учитываются автоматически при совместном анализе плана, продольного и поперечных профилей дороги;

информация об обстановке дороги: пересечениях, населенных пунктах, мостах, путепроводах и т.д. Для них наряду с данными о местоположении необходима дополнительная информация. Например, для мостов и путепроводов - габарит, для пересечений - его тип, интенсивность движения по пересекаемой дороге и расстояние видимости;

для участков дорог, проходящих через города, в состав исходных данных входят: способ организации движения, допустимая скорость, освещенность проезжей части и тротуаров, наличие трамвайных путей и особенности их размещения; местоположение тротуаров, размещение автобусных остановок и пешеходных переходов, интенсивность движения пешеходов, местоположение пересечений и примыканий, их тип, расстояние видимости, интенсивности движения автомобилей и пешеходов на пересекаемой дороге;

данные для прогнозирования интенсивности движения: закономерности и темпы ее роста, исходный и расчетный годы;

данные о состоянии проезжей части и обочин: тип покрытия, его ровность (показания толчкомера) и состояние (сухое, мокрое, заснеженное, гололед); тип укрепления обочин.

При моделировании с использованием указанных выше данных последовательно решают следующие задачи:

формируют расчетный транспортный поток с созданием рабочего файла технико-экономических показателей автомобилей, входящих в его состав;

выполняют анализ соответствия проектного решения требованиям нормативной документации;

выполняют расчет изменения по длине дороги расстояний видимости поверхности дороги и встречного автомобиля с определением в случае ограничения видимости размеров срезки откосов выемок или удаления других боковых препятствий, расположенных на кривых в плане.

моделируют движение автомобилей в транспортном потоке с расчетом скоростей движения, расхода топлива, эмиссии вредных веществ, уровня транспортного шума, показателей безопасности движения, себестоимости перевозок.

Результаты расчетов с шагом 100 м (в случае необходимости - 20 м) можно просмотреть на экране и распечатать в виде таблиц, графиков и диаграмм как для всей дороги, так и для отдельных ее участков.

Соответствие техническим нормативам. В таблице приводится местоположение участков, на которых параметры плана трассы, продольного или поперечного профиля не соответствуют требованиям технических норм, а также значения параметров, выходящих за их пределы.

Видимость. Таблица с шагом 100 или 20 м содержит информацию о расстояниях видимости поверхности дороги и встречного автомобиля с указанием в случае несоответствия нормативным требованиям причин ограничения видимости (элементы плана или продольного профиля).

Максимальная скорость движения одиночного автомобиля и коэффициенты безопасности. Расчет максимальной скорости движения одиночного расчетного автомобиля в прямом и обратном направлениях выполняют на основе решения дифференциального уравнения тягового баланса автомобиля из условия полного использования мощности двигателя. Полученные значения скорости движения, представленные в виде таблиц или графиков, позволяют оценить соответствие проектного решения заданной расчетной скорости. По их значениям с использованием методики, изложенной в главе 23, определяют значения коэффициентов безопасности, представляемые в виде графиков и таблиц.

Средняя скорость транспортного потока. Результаты расчетов средней скорости транспортного потока в прямом, обратном и в обеих направлениях при расчетной интенсивности движения приводят в табличной форме с шагом 100 или 20 м, а также в виде графиков.

Коэффициенты относительной аварийности. В таблице и на линейном графике приводят результаты определения частных и итоговых коэффициентов аварийности по методике, изложенной в главе 24.

Расход топлива. Результаты расчета расхода топлива автомобилями транспортного потока выдают в табличной форме для прямого и обратного направления движения, а также суммарно для двух направлений.

Срезка откосов. В таблице приводят рекомендации по срезке откосов выемок или удаления других боковых препятствий с целью увеличения расстояния видимости до нормативных значений: пикетажное положение створов; расстояние до препятствий, ограничивающих видимость; величины срезки.

Эмиссия вредных веществ. Результаты расчетов выброса вредных веществ с отработанными газами двигателей автомобилей в течение суток выдают в виде таблиц или эпюр раздельно для окиси углерода, углеводородов, окислов азота, сажи и свинца, а также в виде обобщенной токсичности с приведением к эквивалентной токсичности окиси углерода.

Концентрация вредных веществ в воздухе. В настоящее время для расчета эмиссии вредных веществ двигателями автомобилей и определения их концентрации в атмосферном воздухе применяют различные официально утвержденные методики. В связи с этим в программном комплексе «Credo» предусмотрены три варианта расчета концентрации загрязняющих веществ в воздухе:

расчет эмиссии вредных веществ двигателями автомобилей путем моделирования в системе «Водитель - Автомобиль - Дорога - Окружающая среда», а их концентрации в воздухе - по Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных выбросов предприятий, ОНД-86 Госгидромета;

расчет эмиссии вредных веществ двигателями автомобилей путем моделирования в системе «Водитель - Автомобиль - Дорога - Окружающая среда», а их концентрации в воздухе - по методике, приведенной в Рекомендациях по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов Федерального дорожного департамента Минтранса России;

расчет эмиссии вредных веществ двигателями автомобилей и их концентрации в воздухе - по методике, приведенной в Рекомендациях по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов Федерального дорожного департамента Минтранса России.

Для выполнения расчетов необходим ввод дополнительной информации: скорость и направление ветра; вид и размеры элементов рельефа местности, для которой выполняют расчет; расстояние от дороги; состояние атмосферы и т.д.

Расчеты производят по основным загрязняющим веществам: окиси углерода, углеводородов, окислов азота, сажи и свинца, а также в виде обобщенной токсичности с приведением к эквивалентной концентрации окиси углерода.

Результатами расчетов являются графики и таблицы, содержащие данные о концентрации рассматриваемого вредного вещества в воздухе на различных расстояниях от дороги. Одновременно приводятся значения предельно допустимых концентраций (ПДК), сопоставляя которые с результатами расчетов, можно оценить соответствие проектного решения экологическим требованиям.

Уровни транспортного шума. Для определения уровней транспортного шума на различных расстояниях от дороги в программном комплексе «Credo» использована методика, приведенная в Рекомендациях по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов Федерального дорожного департамента Минтранса России. Используемые при этом значения средней скорости транспортного потока принимают по результатам моделирования в системе «Водитель - Автомобиль - Дорога - Окружающая среда». При определении уровней транспортного шума могут быть учтены шумозащитные мероприятия: посадка деревьев и кустарников, строительство грунтовых валов, шумозащитных экранов. Для этого необходим ввод дополнительных данных: тип и ширина зеленых насаждений, местоположение и высота экранов, расстояния от дороги и т.д. Результаты расчетов уровней шума выдаются в виде таблиц и графиков для выбранных створов дороги.

Дата добавления: 2015-06-04