Повышение эффективности организации дорожного движения на регулируемых пересечениях
1На правах рукописи
ЛЕВАШЕВ АЛЕКСЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА РЕГУЛИРУЕМЫХ ПЕРЕСЕЧЕНИЯХ Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Иркутск 2004 2
Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете.
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Головных Иван Михайлович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Коноплянко Владимир Ильич.
кандидат технических наук, доцент Комаров Юрий Яковлевич.
Ведущая организация Департамент по развитию коммуникационного комплекса администрации Иркутской области.
Защита состоится 5 ноября 2004 г. на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу:
400131, г. Волгоград, пр. Ленина 28.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государст венного технического университета.
Автореферат разослан 30 сентября 2004 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин В. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. В последние годы темпы роста автомобильного парка в Рос сии очень высоки и в некоторых ее регионах доходят до 10% в год. Например, за период 1990 — 2000 гг. уровень автомобилизации в г. Иркутске вырос в 2,5 раза с 80 ед./1000 жит. до 200 автомобилей на 1000 жителей, при этом по данным ГИБДД г. Иркутска количество индивидуального транспорта увеличилось в 2 раза. В сред нем по России уровень автомобилизации составил 170 автомобилей на 1000 жите лей.
Рост автомобильного парка сопровождается насыщением городов средствами регулирования дорожного движения. Так, например, в Иркутске при населении тыс. чел. количество светофорных объектов достигло 70, а в городе Юджин (штат Орегон, США) при населении 140 тыс. жителей число светофорных объектов – 180.
Таким образом, насыщение городов средствами регулирования дорожного движе ния может достичь и даже превышать уровень 1 светофорный объект на 1000 жи телей ( http://www.ci.eugene.or.us/ ).
В связи с необходимым увеличением количества светофорных объектов в го родах Российской Федерации, усиливаются требования к качеству проектирования таких объектов и режимов регулирования. При этом одним из путей повышения качества проектирования организации движения на регулируемых пересечениях является уточнение расчетных характеристик потоков, разработка или адаптация методик проектирования и оценки эффективности режимов регулирования.
Данная работа посвящена уточнению ряда параметров транспортного потока на регулируемом перекрестке, которые являются основными при проектировании режимов регулирования.
Целью работы является повышение уровня качества проектирования режи мов регулирования, а также оценки их эффективности.
Объектом исследования является транспортный поток на регулируемом пе рекрестке.
Предметом исследования являются коэффициенты приведения различных типов транспортных средств к легковому автомобилю при движении на регули руемом пересечении, а также величина потока насыщения, соответствующая иде альным условиям движения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Исследованы временные интервалы в насыщенных потоках, движущимися на регулируемом пересечении.
2. Разработана методика определения коэффициентов приведения различных ти пов транспортных средств к легковому автомобилю при движении на регулируе мых пересечениях.
3. Исследованы временные интервалы между легковыми автомобилями, движу щимися на регулируемом пересечении.
4. Установлена закономерность изменения величины временного интервала от порядкового номера легкового автомобиля в очереди.
5. Разработана методика проведения экспериментальных обследований, направ ленных на определение величины идеального потока насыщения.
6. Определены коэффициенты приведения различных типов транспортных средств к легковому автомобилю для регулируемых пересечений при движении транспортных средств в прямом направлении, а также величина идеального потока насыщения.
Практическая ценность и значимость работы:
1. Установленные значения коэффициентов приведения к легковому автомоби лю, идеального потока насыщения, и стартовой задержки позволяют более точно рассчитывать параметры режима регулирования, величины задержек, и длины оче редей и оценивать эффективность разрабатываемых мероприятий ОДД.
2. Разработанная методика определения коэффициентов приведения может быть использована в дальнейших исследованиях, направленных на определение коэф фициентов приведения для случаев поворотного движения транспорта на регули руемых пересечениях.
3. Разработанная методика определения величины идеального потока насыщения может быть использована при дальнейших уточнениях данного параметра транс портного потока, а также при разработке поправочных коэффициентов к величине идеального потока насыщения.
4. Полученные результаты исследования в сочетании с современными методи ками проектирования и оценки эффективности режимов регулирования могут быть использованы в организациях, занимающихся проектированием элементов УДС, и в ГИБДД, а также при подготовке инженеров по специальностям “Организация до рожного движения”, “Организация и безопасность движения”.
5. Разработанный программный продукт “Светофор 1.0” позволяет значительно снизить затраты времени при проектировании режимов регулирования.
Реализация результатов работы. Автором была разработана компьютерная программа “Светофор 1.0”, предназначенная для проектирования и оценки эффек тивности режимов регулирования, в которой были использованы параметры транс портного потока, полученные в результате данной работы. Программа “Светофор 1.0” была внедрена в отделе ГИБДД г. Иркутска (АКТ № 34-802 от 3.03.2004 г.) Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докла дывались на 8-й международной научно-практической конференции “Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири” (Кемерово 2002 г.), на X международной на учно-практической конференции “Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния” (Екатеринбург 2004 г.), на шестой международной конференции “Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах” (Санкт-Петербург 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и 3-х приложений. Объем диссертации (без приложений) – 174 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 29 таблиц. Спи сок литературы включает в себя 138 наименований, в т.ч. 50 на русском, 83 на анг лийском и 5 на немецком языках.
При выполнении данной работы в консультировании принимал участие А. Ю.
Михайлов, которому автор выражает свою глубокую благодарность.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формируется цель работы, отме чается научная новизна и практическая ценность исследования, приводятся сведе ния о публикациях по теме, структуре и объеме работы.
В первой главе проведен анализ работ в области исследования параметров транс портного потока на регулируемых пересечениях, который показал, что вопросы со вершенствования организации дорожного движения на регулируемых пересечени ях были отражены в трудах М.Б. Афанасьева, В.Е. Верейкина, Ю.А. Врубеля, В.Т.
Капитанова, В.М. Кислякова, Г.И. Клинковштейна, В.И. Коноплянко, Ю.А. Кре менца, Е.М. Лобанова, А.Ю. Михайлова, Т.В. Москалевой, Н.Ш. Никурадзе, М.П.
Печерского, А.Г. Романова, Рябоконь Ю.А., В.В. Сильянова, М.С. Фишельсона, Б.Г. Хоровича, Ю.Д. Шелкова, R. Akcelik, A.D. May, D.R. McNeil, A.J. Miller, G.F.
Newell, R.M. Shanteau, F.V.Webster и ряда других авторов. При этом были рассмот рены основные параметры транспортного потока, используемые при проведении расчетов режимов регулирования и оценке их эффективности.
В целом процесс проектирования режимов регулирования можно представить в виде схемы на рис. 1, из которой видно, что будь то существующий или же вновь проектируемый перекресток, основными этапами являются: расчет режима регули рования и оценка его эффективности, а именно расчет транспортных задержек на перекрестке.
Рис.1. Процесс проектирования регулируемых пересечений Широко известной является формула Ф. Вебстера для расчета цикла регули рования:
(1,5L + 5) C=, (1) 1 YC где С – длительность цикла регулирования, с;
L – общее потерянное время за цикл (как правило, 2 – 3 с, умноженные на количество фаз в цикле регулирования), с;
Yc = vci/sci –сумма фазовых коэффициентов;
vci – интенсивность прибытия трансопрт ных средств к регулируемому пересечению в критической группе движения в фазе (максимальное значение интенсивности в конкретной фазе регулирования), прив.ед/ч;
sci – поток насыщения в критической группе движения в фазе, прив.ед/ч.
Рассмотрим формулу определения средней задержки, принятую в руково дстве Highway Capacity Manual 2000:
g 0.5C C + 900T ( X 1) + ( X 1) 2 + 8kIX d=, (2) g cT 1 min(1, X ) C где d – транспортная задержка в группе движения, с;
T – длительность периода об следования, ч;
С – длительность цикла регулирования, с;
g – длительность зеленого времени в фазе, с;
k – коэффициент, учитывающий тип светофорного регулирова ния (для случая жесткого регулирования принимается равным 0,5);
I – коэффици ент, учитывающий влияние предыдущего по ходу движения регулируемого пере сечения на рассматриваемый (для изолированных пересечений принимается рав ным 1,0);
X = v/c – отношение интенсивности прибытия транспортных средств к ре гулируемому пересечению к пропускной способности полос группы движения;
с=sg/C – пропускная способность группы движения, прив.ед/ч.
Анализируя приведенные формулы, видно, что основными параметрами транспортного потока, влияющими на расчеты, являются интенсивность прибытия транспортных средств к регулируемому пересечению, а также поток насыщения, характеризующего интенсивность разъезда очереди транспортных средств после включения зеленого сигнала без потерь времени в начале и конце фазы регулиро вания.
Расчет цикла регулирования, а также величины задержки требует использова ния величины интенсивности прибытия (v, приведенной к интенсивности движения легковых автомобилей, т.е. в прив.ед./ч. В соответствии с этим интенсивность при бытия определяется по следующей формуле:
v = k1 N1 + k2 N 2 +... + ki N i +... + kn N n, (3) где ki – коэффициент приведения транспортного средства i-го типа к легковому ав томобилю, а Ni – кол-во автомобилей i-го типа в очереди.
В нашей стране коэффициенты приведения к легковому автомобилю прини маются согласно классификации, представленной в СНиП 2.05.02-85 “Автомо бильные дороги”. При этом СНиП не рассматривает дифференцированно различ ные условия движения и предлагает постоянные коэффициенты приведения, как для перегонов улиц, так и для различного рода пересечений. Вместе с тем, специа листы разных стран признают, что для регулируемых пересечений необходимо ис пользовать специальные коэффициенты приведения. Например, отличие величин коэффициентов приведения, полученных Ю.А. Врубелем (1988), от представлен ных в СНиП 2.05.02 – 85, на 30-80% указывает на то, что расчет режима регулиро вания изначально будет неверным.
Величина потока насыщения, также по своему определению представляет со бой приведенную интенсивность разъезда транспортных средств. Например, со гласно руководству по пропускной способности дорог (Highway Capacity Manual 1985):
s = s0 N f W f HV f G f P f BB f A f RT f LT, (4) где s0 – идеальный поток насыщения, равный 1800 прив.ед/ч;
fW, fHV, fG, fP, fBB, fA, fRT, fLT – коэффициенты, учитывающие соответственно: ширину полосы движения, кол-во грузовых автомобилей, уклон на подходе к перекрестку, влияние пешеходов на транспортный поток, влияние остановок общественного транспорта, тип терри тории, лево- и правоповоротное движение.
При этом, анализ специальной литературы показал, что одно из наиболее важных понятий, используемых при определении потока насыщения является кон станта s0, которая называется величиной идеального потока насыщения, который достигается при, так называемых, идеальных условиях движения: ширина полосы 3,6 м;
отсутствие уклона;
сухое дорожное покрытие;
отсутствие зон паркования и остановочных пунктов;
отсутствие грузовых автомобилей в потоке;
отсутствие конфликтных пешеходных, велосипедных, или транспортных потоков.
На основании выполненного анализа были сформулированы следующие з а дачи исследования:
1. Разработать методику определения коэффициентов приведения к легковому автомобилю для регулируемых пересечений и провести экспериментальную оцен ку ее пригодности;
2. Разработать методику определения величины идеального потока насыщения и провести экспериментальную оценку ее пригодности;
3. Определить значения коэффициентов приведения к легковому автомобилю для регулируемых пересечений и величину идеального потока насыщения.
4. Разработать программное приложение на основе современных методик проек тирования режимов регулирования с использованием полученных коэффициентов приведения к легковому автомобилю и идеального потока насыщения.
Во второй главе изложены теоретические аспекты определения коэффициен тов приведения к легковому автомобиля для регулируемых пересечений, а также величины идеального потока насыщения.
Результаты анализа специальной литературы говорят о том, что при определе нии коэффициентов приведения к легковому автомобилю для регулируемых пере сечений многие авторы использовали математические, основанные на временных интервалах между транспортными средствами. Тем не менее, некоторые авторы использовали и другие характеристики транспортного потока при определении ко эффициентов приведения. Так, например, Sosin J. определял коэффициенты приве дения на основе общей величины транспортной задержки за цикл:
k (k + 1)t k D = [c(1 ) pi ] +, (5) i = где k – число остановившихся автомобилей;
c – длительность цикла регулирования, с;
– доля эффективного зеленого времени в цикле;
pi – момент времени прибытия транспортного средства к стоп линии, с;
t – постоянная величина, характеризующая временной интервал, с которым транспортные средства пересекают стоп-линию (t =1,9 с).
Следует отметить, что одним из факторов, повлиявших на выбор регрессион ной модели определения коэффициентов приведения, были имеющиеся в распоря жении возможности проведения экспериментальных обследований, а также на стоящий уровень изученности величины потока насыщения. Так, например, отсут ствие развитой системы поправочных коэффициентов приведения величины иде ального потока насыщения к реальным условиям движения говорит о невозможно сти достижения необходимой точности при определении коэффициентов приведе ния на основе величины транспортной задержки на перекрестке, поскольку в фор мулу определения величины задержки входит величина потока насыщения. Следо вательно, наиболее подходящей основой при выборе регрессионной модели явля ются временные интервалы между транспортными средствами. При этом, учитывая то, что измерение временных интервалов транспортных средств предполагает про ведение обследований в сечении дороги, где находится стоп-линия, это позволит совместить проведение экспериментальных обследований, направленных на опре деление коэффициентов приведения и величины идеального потока насыщения, поскольку определение последнего также требует обследования полос движения в области стоп-линии. Это подчеркивает экономическую целесообразность разработ ки регрессионной модели на основе временных интервалов.
Выбирая регрессионную модель для определения коэффициентов приведения, автор попытался избежать увеличения числа параметров регрессионной модели.
Поскольку регрессионная модель должна быть основана на временных интервалах между транспортными средствами, то в модель и должны быть включены парамет ры, выражающие временные интервалы транспортных средств. Включение же та ких дополнительных параметров, как учет пар транспортных средств (т.е., напри мер, после какого транспортного средства движется легковой автомобиль и сколь ко раз встречается такое сочетание) может сделать модель более точной. Увеличе ние числа объясняющих параметров при одних и тех же объемах выборок стати стических данных увеличивает вероятность снижения их статистической значимо сти. С другой же стороны это приводит к необходимости проведения дополнитель ных обследований, что, зачастую, является экономически нецелесообразно.
Таким образом, исходя из экономической целесообразности (минимум затрат на проведение обследований), а также необходимости обеспечения статистической значимости оценок параметров регрессии, для определения коэффициентов приве дения автор предлагает использовать следующую модель:
T = + j =1 j X j +, j=m (6) где Т – время, необходимое для разъезда очереди транспортных средств на пере крестке, после включения зеленого сигнала, с;
– величина задержки (стартовая задержка), связанная с разгоном автомобилей до скорости, которая преобладает при насыщении, с;
j – параметры регрессионной модели, выражающие величины временных интервалов транспортных средств типа j, с;
Xj – количество транспорт ных средств типа j в очереди;
– ошибка, отражающая дополнительное время, вы званное дополнительными факторами, которые не участвуют в модели, с.
Возникает вопрос, что представляет собой параметр Т в уравнении (6). Многие исследователи использовали в качестве начального момента отсчета момент вре мени, когда включается зеленый сигнал. В то же время разными исследователями по-разному определяется момент окончания периода Т. Так, например, в американ ском руководстве по пропускной способности дорог 1985 года предлагалось ис пользовать в качестве момента пересечения автомобилем стоп-линии момент про езда над стоп линией его задней оси. В новом издании 2000 года этого же руково дства этот момент уже считается по моменту прохождения переднего бампера транспортного средства над стоп-линией.
Автор предлагает при определении параметра Т в качестве начального момен та использовать не момент включения зеленого сигнала, как это часто принимает ся, а момент начала движения первого транспортного средства в очереди с целью исключения из модели величины дополнительного времени, требуемого для реак ции водителя на смену светофорного сигнала. Автор считает, что, поскольку каж дый водитель обладает собственной реакцией, отличающейся от реакции других водителей, исключение этого периода из расчетов позволит сократить величину параметра в рассматриваемой модели.
В качестве конечного момента при определении параметра Т автор предлагает использовать момент прохождения над стоп-линией заднего бампера транспортно го средства. Такой выбор позволяет, по мнению автора, избежать ошибки, которая может быть вызвана в связи с неполным учетом длины последнего в очереди транспортного средства.
В рассматриваемую очередь следует включать те транспортные средства, ко торые в течение красного сигнала испытывали полную или почти полную останов ку.
После определения оценок параметров данной регрессионной модели, коэф фициенты приведения можно получить по следующей формуле:
k i = i / легк, (7) где ki – коэффициент приведения i-го типа транспортного средства к легковому ав томобилю;
легк – временной интервал легкового автомобиля.
При выборе классификации транспортных средств, необходимо было учесть, что существуют принципиально отличающиеся классификации транспортных средств. Так, например, в современном американском руководстве по пропускной способности дорог (Highway Capacity Manual 2000) принято подразделять все типы транспортных средств на легковые и грузовые транспортные средства. При этом грузовыми транспортными средствами считаются те, которые имеют больше, чем колеса (предполагается, что задний мост грузового автомобиля имеет спаренные колеса). Автор считает, что такую классификацию нельзя считать достаточно кор ректной, поскольку даже длина транспортного средства имеет значительное влия ние на величину временного интервала транспортного средства (при разъезде из очереди на подходе к перекрестку), а значит и на величину коэффициента приведе ния к легковому автомобилю, что было доказано в работе Kockelman K.M. и Raheel A.S. (1999).
Таблица 1.
Классификация типов транспортных средств Пассажиро- Грузоподъ- Длина, Идентификаци Тип транспортного средства вместимость, чел емность, кг м онный номер Легковой автомобиль до 4 – – Микроавтобус 5 – 12 – – Грузовой автомобиль, до 2-х – до 2000 до 6,5 тонн Автобус малой вместимости 13 – 60 – – Грузовой автомобиль, от 2-х – 2000 – 6000 до 8 до 6-и тонн Автобус большой вместимости более 61 – – Грузовой автомобиль, более – более 6000 до 10 тонн Сочлененный автобус / трол – – – лейбус Автопоезд – – – Тем не менее, предложенная в американском руководстве классификация ти пов транспортных средств является более удобной при выполнении расчетов, не смотря на определенную погрешность при определении величины потока насыще ния для реальных условий, а также при определении величины пропускной спо собности элементов регулируемого перекрестка.
На основании вышеописанного автором была предложена классификация ти пов транспортных средств (табл. 1). При разработке данной классификации автор руководствовался необходимостью объединения в группы схожих типов транс портных средств, которые редко встречаются на регулируемых пересечениях. Тем не менее, по мнению автора, для транспортных средств, которые зачастую преоб ладают на регулируемых пересечениях (микроавтобусы, грузовые автомобили средней грузоподъемности, автобусы малой вместимости) следует определить ко эффициенты приведения отдельно.
Определение величины идеального потока насыщения предполагает прове дение обследований на перекрестках, где имеют место идеальные условия движе ния. По своему определению поток насыщения достигается лишь после нескольких секунд с момента включения зеленого сигнала. Это вызвано дополнительными за тратами времени, связанными с реакцией водителя на смену светофорных сигналов и на разгон автомобилей до скорости свободного движения. Поэтому для опреде ления момента наступления потока насыщения необходимо определение зависимо сти между временным интервалом легкового автомобиля и его порядковым номе ров в очереди. Для определения такой зависимости автором была предложена сле дующая регрессионная модель:
hлегк = 0 +, (8) N где hлегк – величина временного интервала легкового автомобиля как функция от номера позиции легкового автомобиля в очереди, с;
0 – свободный член регресси онной модели, характеризующий величину временного интервала, соответствую щего потоку насыщения, с;
1 – параметр регрессионной модели, выражающий ве личину, используемую при определении отклонения временного интервала i-го транспортного средства в очереди от временного интервала насыщения, с;
N – пе ременная, выражающая номер позиции легкового автомобиля в очереди.
После того, как будет определен момент выравнивания распределения вели чины временного интервала в зависимости от порядкового номера легкового авто мобиля в очереди, величину временного интервала, отражающего идеальный поток насыщения, можно будет определить как отношение времени, необходимое для проезда части очереди легковых автомобилей, величина временного интервала ко торых в среднем равна временному интервалу насыщения, к количеству легковых автомобилей, входящих в рассматриваемую часть очереди:
TR hideal = XR, (9) где hideal – временной интервал, отражающий идеальный поток насыщения, с;
TR – время, затрачиваемое для пересечения перекрестка той частью легковых автомоби лей, временные интервалы которых в среднем равны временному интервалу насы щения, с;
ХR – количество легковых автомобилей, пересекающих перекресток за рассматриваемый период TR.
Начальный момент периода TR будет определяться как проезд над стоп линией заднего бампера последнего из автомобилей, временные интервалы кото рых отличаются от временного интервала насыщения. В качестве конечного мо мента периода TR принимается момент прохождения над стоп-линией заднего бам пера последнего автомобиля в очереди.
Затем можно определить величину идеального потока насыщения по следую щей формуле:
S ideal =, (10) hideal где Sideal – идеальный поток насыщения, прив.ед/ч.
В третьей главе сформулирована методика проведения требуемых для дан ной работы экспериментальных обследований. Перечислим ее основные положе ния.
1. При проведении необходимых в данной работе экспериментальных обследо ваний важной составляющей является достаточный обзор исследуемых полос дви жения. С целью обеспечения необходимой видимости при проведении данных экс периментальных обследований использовался специальный автомобиль – “авто вышка”.
2. Основными исходными данными при проведении регрессионного анализа в данной работе являются следующие:
2.1 Для выполнения регрессионного анализа, направленного на определе ние коэффициентов приведения при обследовании каждого цикла регулирования должно быть зафиксировано количество всех типов транспортных средств, кото рые успели разъехаться из очереди в течение данного цикла регулирования, ис ходя из представленной во второй главе классификации типов транспортных средств. Также необходимо фиксировать длительности интервалов между нача лом движения первого транспортного средства в очереди и моментом проезда над стоп-линией заднего бампера последнего в очереди транспортного средства для каждого обследуемого цикла.
2.2 При проведении регрессионного анализа, направленного на определе ние величины идеального потока насыщения, основными исходными данными являются величины временных интервалов, соответствующие определенным но мерам позиций легковых автомобилей в очереди. Данные выбираются только для тех случаев, когда очередь состоит только из легковых автомобилей.
3. Для обеспечения необходимой точности измерения перечисленных выше ве личин было использовано специальное оборудование – цифровая видеокамера (SONY-DCR-TRV30E).
4. В условиях недостаточного финансирования для обеспечения более высокой точности, быстроты и эффективности обработки экспериментальных данных авто ром был разработан программный продукт на основе приложения “Microsoft Access” (“PCE-GET”). Данный продукт позволяет легко осуществлять необходи мые трансформации исходных данных (результаты обработки видеоданных) и под готовку их к регрессионному анализу (рис. 2).
Важной особенностью программы PCE-GET является возможность более кор ректно фиксировать все необходимые события, снижая вероятность возникновения механической ошибки в процессе занесения информации в базу данных.
Рис. 2. Основное рабочее окно программы “PCE-GET” 5. Все коэффициенты уравнений регрессий для выбранных регрессионных мо делей оценивались наиболее распространенными статистиками (t-критерий Стью дента;
множественный коэффициент корреляции;
скорректированный коэффици ент детерминации;
F-критерий Фишера-Снедекора;
выборочные частные коэффи циенты корреляции). Кроме того, при определении коэффициентов приведения статистические данные проверялись на мультиколлинеарность (высокая взаимная коррелированность объясняющих переменных), когда хотя бы между двумя объяс няющими переменными существует тесная корреляционная связь. При этом оценка значимости регрессионной модели и ее параметров теряет смысл.
Четвертая глава посвящена изложению результатов экспериментальных ис следований. Ее основными положениями являются следующие:
1. При проведении статистического анализа для определения коэффициентов при ведения было отобрано шесть полос движения, для которых статистически значи мыми оказались как уравнения регрессии, так и коэффициенты этих уравнений.
Основным фактором при отборе было количество проведенных обследований, влияющее на статистические показатели уравнений регрессии. Минимальное число обследований при отборе полос движения составило 120.
2. Результаты проверки статистических данных на мультиколлинеарность показа ли, что между объясняющими переменными наблюдается низкая коррелирован ность, а значит, все переменные отличаются друг от друга, и классификация транс портных средств (см. табл. 1) была выбрана правильно.
3. Значения полученных в данной работе коэффициентов приведения различных типов транспортных средств к легковому автомобилю при движении на регули руемом пересечении являются в целом ниже соответствующих коэффициентов по СНиП 2.05.02 – 85 (табл. 2). При этом, величина стартовой задержки оказалась равной 1,894 с. Эта величина соответствует диапазону значений, полученных ранее авторами разных стран (от 1 до 2 с), что также говорит об адекватности выбранной регрессионной модели.
Таблица 2.
Коэффициенты приведения к легковому автомобилю на регулируемом перекрестке и стартовая задержка Тип транспортного средства Результаты исследования CНиП 2.05.02 - Легковой автомобиль 1,000 Микроавтобус 1,093 Грузовой автомобиль, до 2-х тонн 1,179 1, Автобус малой вместимости 1,367 Грузовой автомобиль, от 2-х до 6-и тонн 1,480 Автобус большой вместимости 1,839 Грузовой автомобиль, более 6 тонн 1,647 2,5 – 3, Сочлененный автобус / троллейбус 2,362 Автопоезд 2,231 3,5 - Стартовая задержка, с 1, Рис. 3. Распределение временного интервала для очередей легковых автомо билей по данным для всех обследованных полос движения 4. При определении временных интервалов легковых автомобилей было отобрано четыре полосы движения. Статистические критерии уравнений регрессии для этих полос находились выше критических значений. По результатам анализа этих урав нений был сделан вывод, что момент выравнивания зависимости временных ин тервалов от порядкового номера легкового автомобиля в очереди наступает с 5-го по порядку легкового автомобиля (см. рис. 3). При этом, полученная величина иде ального потока насыщения (1904 прив.ед/ч) приблизительно равна значению, по лученному зарубежными авторами в 2000 г. (1900 прив.ед/ч), что также указывает на правильность выбранной регрессионной модели.
Следует отметить, что временные интервалы для автомобилей с 10-ого по 14-й имеют значения ниже средней величины временного интервала насыщения (см.
рис. 3). По мнению автора, такое распределение временных интервалов следует учитывать при проектировании пересечений, имеющих фазы, в течение которых способны проехать через перекресток 10 – 14 автомобилей.
Эффективность использования полученных в данной работе коэффици ентов приведения к легковому автомобилю определялась на основе сравнения ра бот режимов регулирования на одном из действующих в Иркутске перекрестке (рис 4.), которые рассчитывались при использовании полученных коэффициентов приведения и коэффициентов приведения, представленных в СНиП 2.05.02 – 85.
Схема исследуемого перекрестка Интенсивность движения На На Восток Север Тип транспортного средства Направо Направо Налево Прямо Прямо Легковой автомобиль 276 798 665 600 Микроавтобус 120 210 150 372 Грузовой автомобиль до 2 т 102 102 65 156 Автобус малой вмест-ти 60 36 20 36 Грузовой автомобиль от 2 до 6 72 30 48 Автобус большой вмест-ти 18 36 30 60 Грузовой автомобиль 6 т 0 18 40 84 Сочлененный автобус 3 12 5 0 Автопоезд 0 0 10 48 Расчет 1 (коэффициенты приведения по СНиП 2.05.02-85) Общая интенсивность движ-я 885 1707 1353 2182 Пиковый фактор, PHF 0,95 0,95 0,95 0,95 0, Привед. интенс-ть движения 900 1797 1423 2297 Расчет 2 (полученные коэффициенты приведения) Общая интенсивность движ-я 658 1427 1122 1666 Пиковый фактор, PHF 0,95 0,95 0,95 0,95 0, Привед. интенс-ть движения 693 1503 1181 1754 Рис. 4. Схема пересечения ул. 2-я Железнодорожная и ул. Маяковского в г. Иркут ске и результаты расчета приведенной интенсивности движения при использова нии различных коэффициентов приведения Величины задержек в каждой из групп движения были измерены на местно сти. В процессе расчета также использовалась специально разработанная компью терная программа “Светофор 1.0” (рис. 5), предназначенная для проектирования режимов регулирования и оценки их эффективности.
Рис. 5. Рабочие окна компьютерной программы “Светофор 1.0” Изменение задержки в группах движения Расход топлива на перекре Расход топлива на перекре крестке в год, ч/год (/10000) Выбросы CO, кг/год (/1000) Общая задержка на пере Выбросы NOx, кг/год (/10) стке в год, л/год (/10000) Выбросы CO2, кг/год (/10000) стке в час, л/ч Снижение задержки на перекрестке в целом Рис. 6. Предполагаемый эффект от применения полученных коэффициентов приве дения для регулируемого пересечения ул. Маяковского и ул. 2-я Железнодорожная в г. Иркутске Данная программа включает в себя современную методику проектирования режимов регулирования в совокупности с полученными по результатам данной ра боты коэффициентами приведения и величиной идеального потока насыщения.
В случае использования полученных коэффициентов приведения цикл регули рования, определенный по формуле Вебстера, равен 57 с, а длительности основных тактов 28 с и 21 с.
При использовании коэффициентов приведения по СНиП цикл регулирования получается равным 173 с, поэтому принимается максимально допустимое значение 120 с, и длительности основных тактов 62 с и 50 с. Очевидно, что такой цикл регу лирования является неоправданно большим и не соответствует оптимальным усло виям движения. Результаты расчетов транспортных задержек, величины расхода топлива, а также объемов вредных выбросов для этих режимов регулирования представлены на рис. 6.
Из рис. 6 видно, что при использовании полученных коэффициентов приведе ния снижение задержки в целом на рассматриваемом перекрестке составило 36%, т.е. более, чем на 10 с в среднем на одно транспортное средство, а предполагаемый часовой расход топлива на рассматриваемом перекрестке в целом снизился более, чем на 50%, а именно с 46 до 22 литров в час. Все это еще раз подчеркивает значи мость использования полученных коэффициентов приведения при проектировании регулируемых пересечений.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Разработана методика определения коэффициентов приведения к легковому автомобилю для регулируемых пересечений.
Согласно этой методике коэффициенты приведения необходимо определять на основе временных интервалов между транспортными средствами с применением разработанной в рамках данного исследования регрессионной модели, адекват ность которой была доказана. Статистическая значимость параметров данной мо дели указывает на правильность используемой в методике классификации транс портных средств. При этом, обработку экспериментальных данных предлагается осуществлять с помощью специально разработанной компьютерной программы.
2. В результате проведенного анализа статистических данных были получены коэффициенты приведения различных типов транспортных средств к легковому автомобилю при движении на регулируемом перекрестке для случаев движения в прямом направлении. Значения полученных коэффициентов значительно отлича ются от соответствующих значений, предлагаемых в СНиП 2.05.02 - 85. Так, на пример, грузовые автомобили по СНиП имеют значение коэффициентов приведе ния в диапазоне от 1,5 до 3,5 легк.авт. В то же время по результатам данной рабо ты значения коэффициентов приведения для всех выбранных видов грузовых авто мобилей находятся в диапазоне от 1,179 до 1,647 легк.авт.
3. Разработана методика определения величины идеального потока насыщения для регулируемых пересечений. Согласно данной методике для определения мо мента выравнивания распределения между временным интервалом легкового авто мобиля и его порядковым номером в очереди предлагается использовать регресси онную модель, адекватность которой была доказана статистическими критериями, а также полученной величиной идеального потока насыщения.
4. В рамках данного исследования был разработан специальный программный продукт “Светофор 1.0”, предназначенный для проектирования режимов жесткого регулирования при пофазном управлении движения на регулируемых пересечени ях. В основу данной программы включены алгоритмы в соответствии с современ ными методиками проектирования режимов регулирования, а также полученные в данной работе коэффициенты приведения к легковому автомобилю. Данная про грамма позволяет значительно снизить затраты времени при проектировании ре жимов регулирования.
5. На примере действующего в г. Иркутск регулируемого перекрестка был про веден анализ повышения точности режимов регулирования при использовании по лученных коэффициентов приведения и разработанной автором программы “Све тофор 1.0”.
Анализ результатов расчетов показал, что применение полученных коэффици ентов приведения позволило снизить среднюю задержку на рассматриваемом пере крестке на 36%, суммарную задержку на 58772 ч/год, и суммарный расход топлива на 89060 л/год. Таким образом, экспериментально было доказано, что использова ние полученных коэффициентов приведения значительно повышает эффективность организации дорожного движения на регулируемых пересечениях.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю. Обслуживание транспортного потока на регули руемом перекрестке. // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕ СУРС-8-2002): Доклады 8-й Международной научно-практич. конференции. Кеме рово, 26, 27 сент. 2002. – С. 123 – 126.
2. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю. К вопросу об организации дорожного движения на регулируемых пересечениях // Роль предприятий и отраслей транспортной сис темы и связи в социально-экономическом развитии региона: Сб. науч. тр. – Ир кутск: Изд-во БГУЭП, 2003. – С. 89 – 96.
3. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю. Состояние методов расчета регулируемых пере сечений // Вестник ИрГТУ. – 2003. – №3 – 4. – С. 71 – 76.
4. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю. Основные параметры оценки пропускной спо собности регулируемых пересечений // ВИНИТИ. – 2004. – №3. – С. 14 – 19.
5. Левашев А.Г., Михайлов А.Ю., Головных И.М. К вопросу об уточнении крите риев, используемых при проектировании режимов регулирования на пересечениях // Вестник стипендиатов DAAD ИрГТУ. – 2004. – №3. – С. 21 – 26.
6. Левашев А.Г. Необходимость уточнения классификации приведения к легково му автомобилю на регулируемом перекрестке // Социально-экономические про блемы развития трансопртных систем городов и зон их влияния: Мат-лы Х между нар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: Комвакс АМБ, 2004. – С. 96 – 101.
7. Михайлов А.Ю., Левашев А.Г., Головных И.М. Оценка пропускной способно сти правобережной улично-дорожной сетки Иркутска // Вестник стипендиатов DAAD ИрГТУ. – 2004. – №3. – С. 12 – 20.
8. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭФМ Левашева Алексея Георгиевича “Светофор 1.0” № 2004611688 / Зарегистрировано Федераль ной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам июля 2004 г.