Характеристики транспортных потоков
Наиболее необходимыми и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Интенсивность транспортного потока определяется как число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.
На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузообразующих и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.
Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, то есть по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями.
При исследованиях и проектировании организации движения приходится прибегать к описанию транспортных потоков математическими методами. Первостепенными задачами, послужившими развитию моделирования транспортных потоков, явились изучение и обоснование пропускной способности магистралей и их пересечений. Поведение транспортного потока очень изменчиво и зависит от действия многих факторов и их сочетаний. Наряду с такими техническими факторами, как транспортные средства и сама дорога, решающее влияние на него оказывают поведение водителей и пешеходов, а также состояние сред движения.
Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым профессором Г.Д.Дубелиром. Первая попытка обобщить математические исследования транспортных потоков и представить их в виде самостоятельного раздела прикладной математики была сделана Ф.Хейтом. Известные и нашедшие практическое применение в организации дорожного движения математические модели можно разделить на две группы в зависимости от подхода. Это детерминированные и вероятностные, то есть стохастические.
К детерминированным относятся модели, в основе которых лежит функциональная зависимость между отдельными показателями, например, скоростью и дистанцией между автомобилями в потоке. При этом принимается, что все автомобили удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Стохастические модели отличаются большей объективностью. В них транспортный поток рассматривается как вероятностный, случайный процесс. Например, распределение временных интервалов между автомобилями в потоке может приниматься не строго определенным, а случайным.
Для уточнения взаимного пространственного положения движущихся транспортных средств введено такое понятие, как динамический габарит транспортного средства. Данный параметр определяют как сумму длины транспортного средства, дистанции безопасности и зазора до остановившегося впереди автомобиля. Для легковых автомобилей этот зазор колеблется в пределах 1-3 метров. Известно по крайней мере три подхода к определению динамического габарита.
При расчете минимальной теоретической дистанции исходят из абсолютно равных тормозных свойств пары автомобилей и учитывают только время реакции ведомого водителя. Тогда динамический габарит состоит из суммы длины транспортного средства, зазора и произведения скорости и времени реакции водителя. В этом случае возможная интенсивность транспортного потока не имеет предела по мере увеличения скорости. Однако это не соответствует реальным характеристикам водителей и приводит к завышению возможной интенсивности потока. Здесь главную роль играет практическое значительное увеличение времени реакции при высоких скоростях.
При расчете на полную безопасность исходят из того, что дистанция безопасности должна быть равна полному остановочному пути заднего автомобиля. Такой подход больше соответствует требованиям обеспечения безопасности движения при скоростях, превышающих 90 километров в час. Наиболее же реальный подход основан на той предпосылке, что при расчете дистанции безопасности надо учитывать разницу тормозных путей автомобилей, а также то обстоятельство, что лидер в процессе торможения также перемещается на расстояние, равное своему тормозному пути. В результате изучения транспортных потоков высокой плотности и специальных экспериментов, проведенных американскими специалистами, была предложена теория следования за лидером, математическим выражением которой является микроскопическая модель транспортного потока.
Микроскопической ее называют потому, что она рассматривает элемент потока, пару следующих друг за другом транспортных средств. Особенностью этой модели является то, что в ней отражены закономерности комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда», в частности, психологический аспект управления автомобилями. Он заключается в том, что при движении в плотном транспортном потоке действия водителя обусловлены изменениями скорости лидирующего автомобиля и дистанции до него.
Сергей ЗОЛОТОВ
На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузообразующих и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.
Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, то есть по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями.
При исследованиях и проектировании организации движения приходится прибегать к описанию транспортных потоков математическими методами. Первостепенными задачами, послужившими развитию моделирования транспортных потоков, явились изучение и обоснование пропускной способности магистралей и их пересечений. Поведение транспортного потока очень изменчиво и зависит от действия многих факторов и их сочетаний. Наряду с такими техническими факторами, как транспортные средства и сама дорога, решающее влияние на него оказывают поведение водителей и пешеходов, а также состояние сред движения.
Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым профессором Г.Д.Дубелиром. Первая попытка обобщить математические исследования транспортных потоков и представить их в виде самостоятельного раздела прикладной математики была сделана Ф.Хейтом. Известные и нашедшие практическое применение в организации дорожного движения математические модели можно разделить на две группы в зависимости от подхода. Это детерминированные и вероятностные, то есть стохастические.
К детерминированным относятся модели, в основе которых лежит функциональная зависимость между отдельными показателями, например, скоростью и дистанцией между автомобилями в потоке. При этом принимается, что все автомобили удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Стохастические модели отличаются большей объективностью. В них транспортный поток рассматривается как вероятностный, случайный процесс. Например, распределение временных интервалов между автомобилями в потоке может приниматься не строго определенным, а случайным.
Для уточнения взаимного пространственного положения движущихся транспортных средств введено такое понятие, как динамический габарит транспортного средства. Данный параметр определяют как сумму длины транспортного средства, дистанции безопасности и зазора до остановившегося впереди автомобиля. Для легковых автомобилей этот зазор колеблется в пределах 1-3 метров. Известно по крайней мере три подхода к определению динамического габарита.
При расчете минимальной теоретической дистанции исходят из абсолютно равных тормозных свойств пары автомобилей и учитывают только время реакции ведомого водителя. Тогда динамический габарит состоит из суммы длины транспортного средства, зазора и произведения скорости и времени реакции водителя. В этом случае возможная интенсивность транспортного потока не имеет предела по мере увеличения скорости. Однако это не соответствует реальным характеристикам водителей и приводит к завышению возможной интенсивности потока. Здесь главную роль играет практическое значительное увеличение времени реакции при высоких скоростях.
При расчете на полную безопасность исходят из того, что дистанция безопасности должна быть равна полному остановочному пути заднего автомобиля. Такой подход больше соответствует требованиям обеспечения безопасности движения при скоростях, превышающих 90 километров в час. Наиболее же реальный подход основан на той предпосылке, что при расчете дистанции безопасности надо учитывать разницу тормозных путей автомобилей, а также то обстоятельство, что лидер в процессе торможения также перемещается на расстояние, равное своему тормозному пути. В результате изучения транспортных потоков высокой плотности и специальных экспериментов, проведенных американскими специалистами, была предложена теория следования за лидером, математическим выражением которой является микроскопическая модель транспортного потока.
Микроскопической ее называют потому, что она рассматривает элемент потока, пару следующих друг за другом транспортных средств. Особенностью этой модели является то, что в ней отражены закономерности комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда», в частности, психологический аспект управления автомобилями. Он заключается в том, что при движении в плотном транспортном потоке действия водителя обусловлены изменениями скорости лидирующего автомобиля и дистанции до него.
Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 31 за 2009 год в рубрике дороги
