Пропускная способность автодороги

Важнейшим критерием, характеризующим функционирование путей сообщения, является их пропускная способность. В теории проектирования автомобильных дорог и трудах по организации движения применяется термин «пропускная способность дороги». Под этим параметром понимают максимально возможное число автомобилей, которое может пройти через сечение дороги за единицу времени. Однако, рассматривая движение автомобилей и оценивая пределы возможной интенсивности потока, характеризуют по существу не дорогу, а комплекс «водитель-автомобиль-дорога-среда».

Это объясняется тем, что характеристики транспортных средств и водителя могут оказывать на пропускную способность не меньшее влияние, чем параметры дороги. Американские исследования показали, что если полностью заменить человека-водителя автоматической системой управления автомобилями, то пропускная способность может увеличиться в 2 раза. Большое влияние на ее фактическое значение может оказывать состояние среды. Пропускная способность особенно падает при сильном дожде, тумане, обильном снегопаде. В ряде случаев определение следует дополнить и выполнением условия обеспечения заданной скорости сообщения. Это наиболее важно для дорог скоростного типа, где условия безопасности необходимо обеспечивать при заданных повышенных скоростных режимах. Если для обычной городской магистрали нормально допустимой является скорость транспортного потока 50- 60 километров в час, соответствующая пропускной способности дороги, то для скоростной магистрали желаемая скорость может составлять 100-140 километров в час. И это требует снижения норматива пропускной способности.

Для упрощения в качестве исходных следует рассматривать однородные потоки колонного движения, то есть пропускную способность одной полосы движения. Однако до настоящего времени нет единого подхода к методикам расчета и натурного определения пропускной способности. Встречаются понятия теоретической, номинальной, нормальной, эффективной, собственной, практической, фактической пропускной способности. Многообразие терминов отражает многообразие методических подходов к определению данного критерия, а также большое число факторов, оказывающих влияние на пропускную способность в реальных условиях дорожного движения. Поэтому в зависимости от числа учитываемых факторов и точности оценки влияния каждого из них для одних и тех же путей сообщения получают существенно различающиеся значения пропускной способности.

Существуют две принципиально различные оценки пропускной способности: на перегоне и на пересечении дорог в одном уровне. В первом случае транспортный поток при большой интенсивности может считаться непрерывным. Характерной особенностью второй оценки являются периодические разрывы потока для пропуска автомобилей по пересекающим направлениям. С целью упрощения классификации можно разделить понятие пропускной способности на три: расчетную, фактическую и нормативную. Расчетную пропускную способность определяют теоретическим путем по различным расчетным формулам. Для этого могут быть использованы математические модели транспортного потока и эмпирические формулы, основанные на обобщении исследовательских данных.

Определение фактической пропускной способности возможно лишь на действующих дорогах и в сложившихся условиях дорожного движения. Эти данные имеют особенно большое практическое значение, так как позволяют реально оценить пропускную способность при обеспечении определенного уровня скорости и безопасности движения. Однако получение объективных данных об обеспечении безопасности требует достаточно длительного срока. Фактическая пропускная способность может быть также названа практической. Объективность определения фактической пропускной способности зависит от обоснованности методики, тщательности исследования и обработки результатов. Учитывая значение данных, характеризующих пропускную способность, исследователь должен особое внимание обращать на выбор участка наблюдения, достаточность объема регистрируемой информации и точность измерения скорости автомобилей в потоке.

Наиболее простым подходом является использование нормативной пропускной способности, которая задается в официальных нормативных документах. Следует, однако, иметь в виду, что при этом не может быть учтен весь комплекс факторов и условий, характеризующих конкретный участок дороги. Поэтому ее значения для многих конкретных условий являются заниженными, а для некоторых завышенными. Кроме того, разработчики нормативных данных часто стремятся предусмотреть резерв и занижают этот показатель. Для оценки запаса пропускной способности, которым располагает реальная дорога, используют коэффициент, равный отношению существующей интенсивности движения к пропускной способности. Этот коэффициент также называют уровнем загрузки дороги транспортным потоком. Для обеспечения бесперебойного движения необходим резерв пропускной способности, и поэтому принято считать допустимым параметр, составляющий 0,85. Если он выше, то данный участок следует считать перегруженным.

Теоретическое, или расчетное определение пропускной способности дороги основано на использовании различных математических моделей, интерпретирующих транспортный поток. При расчете пропускной способности полосы на перегоне можно исходить из условия колонного движения автомобилей, то есть движения с минимальной дистанцией, которая может быть допущена по условиям безопасности для заданной скорости потока. При этом пренебрегают неизбежной на практике неравномерностью интенсивности. Таким образом, простейший метод расчета пропускной способности основан на упрощенной динамической модели, рассматривающей поток как равномерно распределенную на протяжении полосы движения колонну однотипных легковых автомобилей.

Если принять время реакции водителя, включая время запаздывания срабатывания гидравлического тормозного привода, равным 1 секунде, и разность максимальных замедлений на сухом асфальтобетонном покрытии при экстренном торможении однотипных легковых автомобилей с учетом эксплуатационного состояния тормозной системы в допустимых нормативами пределах, составляющей около 2 метров в секунду, то для непрерывного потока типичных легковых автомобилей можно получить расчетное значение 1960 автомобилей в час при скорости около 55 километров в час.

Безопасное движение в такой плотной колонне с точки зрения психофизиологического состояния водителя возможно лишь при ограниченных скоростях. Для легковых автомобилей при скоростях движения более 80 километров в час время реакции водителя существенно увеличивается и должно быть принято равным уже не 1 секунде, а достигающим 2 секунд. Кроме того, из-за несовершенства тормозных систем автомобилей даже на дорогах с высоким коэффициентом сцепления при экстренном торможении автомобилей не гарантировано сохранение их устойчивого прямолинейного движения. Поэтому расчеты могут быть рекомендованы для скоростей не выше 80 километров в час.

Такой подход приемлем для приближенного определения пропускной способности полосы при колонном движении легковых автомобилей с умеренными скоростями. Подобные ситуации присущи городским улицам и автомобильным дорогам с ограниченными скоростями. Соответствие расчетов реальным условиям дорожного движения с ограниченными скоростями подтверждается практическим опытом. На его основе в литературе по безопасности дорожного движения содержится широко известная рекомендация о том, что безопасная дистанция в метрах должна быть примерно равна половине скорости в километрах в час. При расчете пропускной способности реальной дороги можно воспользоваться системой поправочных коэффициентов, учитывающих эксплуатационные условия. Такой метод применяется в Америке.

Исследования на многополосных дорогах показали, что их пропускная способность увеличивается не строго пропорционально числу полос. Это явление объясняется тем, что на многополосной дороге при наличии пересечений в одном уровне автомобили маневрируют для поворотов налево и направо, разворотов на пересечениях, подъезда к краю проезжей части для остановки. Кроме того, даже при отсутствии указанных перестроений параллельные насыщенные потоки автомобилей создают стеснение движения из-за относительно небольших и непостоянных боковых интервалов, так как водители не в состоянии обеспечить постоянное движение, идеально совпадающее с воображаемой осью размеченной полосы дороги. При расчете пропускной способности многополосной дороги это явление необходимо учитывать коэффициентом многополосности. Пропускную способность многополосной дороги рекомендуется определять умножением значения пропускной способности однополосной дороги на коэффициент многополосности, который принимается для двухполосной дороги одного направления равным 1,9, для трехполосной 2,7, для четырехполосной 3,5.

При наличии на дороге пересечений в одном уровне на перекрестках с интенсивным движением приходится прерывать потоки транспортных средств для пропуска их по пересекающим направлениям с помощью светофорного или ручного регулирования. В этом случае для движения транспортного потока данного направления через перекресток используется лишь часть расчетного времени, так как остальная часть отводится для пересекающего потока.

Сергей ЗОЛОТОВ