Повышение уровней загрузки и улучшение организации движения на 6-полосных автомобильных магистралях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Багиньски, Ярослав

• Багиньски, Ярослав
• 1982

Оглавление диссертации Багиньски, Ярослав

Содержание. I

Введение.

Состояние вопроса. Дели и задачи исследования.

1.1. Факторы, влияющие на формирование транспортных потоков.

1.2. Характеристики транспортного потока.

1.3. Математические методы исследования транспортных потоков.

1.3.1. Группа стохастических теорий транспортного потока.

1.3.2. Группа динамических моделей.

1.3.3. Группа аналоговых моделей.

1.4. Экспериментальные исследования характеристик транспортных потоков.

1.5. Исследования характеристик транспортного потока из много-п о л о с н ых г л а г и с т рэ л я х.

1.5.1. Интенсивность движения на многополосных автомагистралях и распределение интенсивности по полосам движения.

1.5.2. Состав потока автомобилей.

1.5.3. Скорость движения.

1.5.4. Условия маневрирования на автомагистралях.

1.5.5. Распределение интервалов между автомобилями по полосам на многополосных дорогах.

1.6. Цель и задачи исследований.

Выводы.

Теоретическое исследование закономерности движения трзнспорт-тных потоков на 6-ти полосных автомагистралях.

2.1. Задачи теоретической части работы.

2.2. Транспортный поток как система.

2.3. Применение цепей Маркова в теории транспортных потоков.

2.4. Математическая модель, описывающая движение транспортного потока на 6-ти полосных автомагистралях.

2.4.1. Вероятность перехода из состояния в состояние.

2.4.2. Описание вероятностей смен полос движения.

2.4.3. Определение динамического габарита автомобиля.

2.4.4. Определение необходимого интервала /для возвращения на

2-ю с 3-й или на 1-ю с 2-й полосы движения.

2.4.5. Составление системы дифференциальных уравнений.

2. . 6. йна л и з п о л уч е н ных ф о рм ул.

2.5. Описание программ на ЭЦКл.

2.5.1. Программа MAG 6Р.

2.5.2. Подпрограмма PR03 6.

2.5.3. Подпрограмма SKELMP

Выводы.

3. Экспериментальные исследования характеристик транспортного потока на 6-ти полосных автомагистралях.

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Необходимость исследования характеристик транспортного потока в каждой стране.

3.2.1. Цель и задачи дорожного эксперимента.

3.3. Методика проведения' дорожного эксперимента.

3.3.1. метод киносъемки.

3.3.2. Место проведения дорожного эксперимента.^

3.3.3. Время проведения дорожного эксперимента.

3.3.4. Объем наблюдений и требуемая точность измерений.

3.3.5. Оборудование, необходимое для проведения эксперимента.

3.3.6. Разметка дорожной части и установка аппаратуры.

3.4. Анализ и расшифровка материалов дорожного эксперимента.

3.4.1. Оборудование, необходимое для расшифровки материалов.

3.4.2. Классификация автомобилей.

3.4.3. Вычисление скорости отдельного автомобиля.

3.4.4. Вычисление интервала между автомобилями во времени на данном полосе.

3.4.5. Вычисление интервала по длине между двумя автомобилями на данной полосе движения.

3.4.6. Требуемая точность измерений.

3.5. Результаты проведенного дорожного эксперимента.

3.5.1. Интенсивность движения.

3.5.1.1. Распределение интенсивности движения по полосам движения.ЮЗ

3.5.1.2.Приведение транспортного потока к легковым автомобилям и распределение его по полосам.

3.5.1.3.Пропускная способность.

3.5.2. Плотность транспортного потока.

3.5.2.1. Плотность и распределение плотности по полосам движения.

3.5.2.2. Зависимость "плотность-интепсимшость".,.

3.5.3. Скорость движения транспортного потока.НО

3.5.3.1. Скорость движения транспортного потока по отдельным полосам /движения от интенсивности движения.

3.5.3.2. Зависимость "скорость-плотность".

3.5.3.3. Зависимость "скорость-интенсивность".

3.5.4. Состав транспортного потока.

3.5.4.1. Зависимость скорости отдельных типов групп автомобилей от состава транспортного потока и интенсивности движения.П

3.5.4.2.Состав потока автомобилей на отдельных полосах движения. .П

3.5.4.3. Распределение отдельных типов автомобилей по полосам и их средние скорости.

3.5.5. Распределение интервалов между автомобилями.

Выводы

4. Практическое применение результатов исследований

4.1. Методика определения пропускных способностей отдельных полос движения

4.2. Методика уточнения уровней загрузки многополосных автомагистралей

4.3. Средние скорости потока автомобилей по полосам движения

4.4. Распределение потока автомобилей по полосам движения

4.3. Методы организации движения на многоголосных автомагистралях.

4.6. Обоснование сходимости теории и эксперимента

Выводы по диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение уровней загрузки и улучшение организации движения на 6-полосных автомобильных магистралях»

Директивы УШ и IX съездов Польской Объединенной Рабочей Партии [2.1 , 2.2 ] и планы развития страны предусматривают дальнейшее увеличение капиталовложений на ранспорт, в том числе и на дорожное строительство. За последнюю десятилетку наступил быстрий рост автомобильного парка в Польше с 0,78 миллионов автомобилей в 1970 году до 2,61 миллионов автомобилей в 1980 году. Возросли также автомобильные грузовые перевозки (3-х кратно в течение 10 лет) и количество грузовых автомобилей с 270 тыс. до 620 тыс. автомобилей. Это поставило перед дорожниками сложную з задачу обеспечения технической инфраструктуры для автомобильного транспорта. В 1970 - 1980 г.г. построено и модернизировано тысячи километров автомобильных дорог, усовершенствованы транспортные системы многих городов, внедрены современные системы и методы организации движения.

В связи с возрастающими транспортными потоками на наиболее загруженных направлениях, необходимо построить многополосные автомагистрали. Были построены дороги скоростного движения Варшава - Катовицэ, городская автомагистраль Трасса Лазеньковская в Варшаве и много городских подходов к крупным городам. В ближайшее время будет продолжаться дальнейшая модернизация городских сетей (увеличение доли многополосных дорог) и построение магистралей скоростного движения: Варшава - Познань, Вроцлав - Катови-ца - Краков и автострада Север - Юг. При рассмотрении вопроса построения многополосных дорог уделяется внимание также повышению уровня удобства и комфортабельности движения.

Заинтересованность закономерностями дорожного движения появляется с ростом автомобильного движения в тех случаях, когда загруженность дороги достигает расчетной пропускной способности и наблюдаются затруднения в дорожном движении.

Исследования транспортных потоков впервые проводились в тех странах, где уровень автомобилизации достаточно высокий, т.е. США, Великобритания, ФРГ, Франция, Япония. В последнее время исследованием закономерности дорожного движения занялись также исследователи СССР, ПНР и ГДР. Однако много стран опираются на результаты исследований ведущих стран в этой области. Нормы проектирования дорог (пропускная способность дорог) в ПНР опираются на американские нормативы НСМ-65. Эти нормы не отвечают особенностям движения транспортного потока в Польше вследствие другого состава транспортного потока, других типов автомобилей, других психологических особенностей водителей. Если 2-х полосные дороги исследуются давно, то многополосные дороги исследуются совсем недавно (когда возникла в этом необходимость).

Движение транспортного потока на 6-ти полосных автомагистра -лях является сложной системой с множеством взаимосвязанных характеристик, описывающих поток автомобилей. В системе этой увеличивается число возможных дорожных ситуаций (смена полос движения) вследствие большого числа полос и автомобилей по сравнению с 2-х и 4-х полосными дорогами. Транспортный поток на 6-ти полосных магистралях сначала исследовался только в реальных дорожных условиях (ручные измерения, детекторы, фото-и киносъемка, "подвижный на блюда тель").

В настоящее время развивается математическое моделирование движения транспортного потока на основе различных математических теорий и проводятся эксперименты на цифровых вычислительных машинах.

Самыми первыми исследованиями транспортных потоков начали заниматься американские и английские специалисты - инженеры движения, а в СССР кафедры проектирования МАДИ (Бабсов . Силья-нов В.В., Красников А.Н. и другие) и ХАДй (Калужский H.A., Филиппов В.В. и другие).

Существует несколько способов математического и физического описания движения транспортного потока. К самым распространенным относятся: динамические модели (Бируля А.К., Фишельсон М.О, Юдин В.А., Великанов Д.П., Трубинский В.М., агеепзйхаЫз в., й. и др.); аналоговые модели (аналогия с физическими процессами); теория массового обслуживания (Калужский Я.А., Филиппов В.В., Бегма И.В., Кисляков В.М. и др.); имитационное моделирование (Сильянов В.В.); теория цепей Маркова (Филиппов В.З) и другие.

Целью диссертационной работы является повышение транспортно-эксплуатационных показателей шестиполосных автомагистралей на основе исследования движения на них автомобильных потоков, математическое описание транспортного потока на основе теории вероятности с применением цепей Маркова, получение результатов, позволяющих для данных реальных дорожных условий определить оптимальное решение организации движения и достоверные нормы проектирования (пропускная способность, расчетная скорость).

Научная новизна работы заключается в разработке достоверной математической модели движения трзнспорашого потока на б-ти полосной автомагистрали и использовании ее для оптимизации условий движения автомобилей. диссертационная работа состоит из четырех глав.

В первой главе дается описание характеристик транспортного • потока, особенно касающихся 6-ти полосных дорог, дается обзор результатов наблюдений других исследователей, занимающихся 6-ти полосными магистралями, показаны методы исследования транспортных потоков и разработанные модели движения транспортных потоков.

Во второй, теоретической главе, математически описан транспор тный поток на 6-ти полосной магистрали, дан анализ возможных ситуаций на дороге на основе теории вероятности с применением цепей Маркова. Приведена программа вычисления параметров транспорт ного потока на б-ти полосной магистрали, созданная на языке Ф0РТРАН-1У.

В третьей главе описана методика проведения дорожного эксперимента на б-ти полосной городской дороге, приведены результаты наблюдений в реальных дорожных условиях.

В четвертой главе даются научно-технические рекомендации, направления исследований на многополосных дорогах.

Работа выполнялась на кафедре проектирования дорог ХАДЙ. Эксперимент в реальных дорожных условиях выполнялся на одной из наиболее загруженной магистрали крупного промышленного города.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Багиньски, Ярослав

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Задачи^ославленные в работе решена. К их числу относятся:

1.Движение автомобилей на 6-ти полосных магистралях может быть исследовано с использованием цепей Маркова.Этот метод позволяет находить основные характеристики автомобильного потока /скорость,плотность,зависимость их от интенсивности потока/, распределение автомобилей по отдельным полосам.Эти характеристики определяются через вероятность свободного движения,которая существенно зависит от скорости контрольного автомобиля,интенсивности и состава потока,схемы организации движения.

Предложены зависимости для вычисления интервала»достаточного для смены полосы движения и необходимого для смены полосы движения при возвращении со 2-й на 1-ю полосу или с 3-й на 2-ю полосу.Определены вероятности смены полос движения на 6-ти полосных автомобильных магистралях.

2.Получены экспериментальные значения характеристик транспортного потока на 6-полосной автомагистрали при интенсивнос-тях И53-2805 авт/ч в одном направлении /такие потоки автомобилей не были еще исследованы/.

3.В результате вычислений на ЭВМ получены значения средних скоростей потока,интенсивности движения распределения потока автомобилей по полосам в зависимости от состава потока, свободной скорости отдельных типов автомобилей и плотности потока для определенной схемы организации движения.

4.Установлена .„- «ь данной схемы организации движения для определенного состава потока на основе оптимального соотношения между основными характеристиками транспортного потока.

5.Для практического применения разработана методика определения пропускной способности отдельных полос движения с целью обобснования новых значений пропускной способности.

6.Разработана методика по распределению потока автомобилей по полосам,позволяющая найти вероятность определенного типа автомобиля на данной полосе движения в общем потоке.Это приводит к более эффективному проектированию мер по организации движения.

7.Разработана методика уточнения уровней загрузки 6-полосной автомагистрали.Для оценки качественного состояния потока автомобилей установлены граничные значения коэффициентов загрузки и скорости на каждой полосе движения.Уточненные уровни загрузки позволяют более эффективно проектировать конструкции дорожных одежд.

Дальнейшие работы должны быть направлены на более детальное изучение взаимосвязи между автомобилями разных типов, установление пропускной способности определенных категорий дорог в зависимости от состава потока автомобилей,изучение влияния геометрических параметров на формирование транспортных потоков.

Список литературы диссертационного исследования Багиньски, Ярослав, 1982 год

1. Произведения основоположников марксизма-ленинизма.

2. Официально-документальные материалы.

3. VII Zjazd Polskiej Zjednoczonej Partíi Hobotniczej 11-15 luty 198О r. Podstav/ov/e taaterialy i dokumenty. Warszawa: Ksi^zka i Wiedza, 1980, s. 270.

4. IX .Nadzwyoza jny Zjazd Polakioj Z¿jednoczonej Partii Eobotni-czeo 14-20 lipca 1981 r. Podstsv/ov/o dokumenty i materia ly.-Warszawa: Ksig/¿ka i wiedza, s. 234-.

5. Материалы съездов, конференций, симпозиумов.4. Книги.

6. Правила дорожного движения. Киса: у.,- .1578,-98 с.

7. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1970. - 256 с.

8. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972. - 424 с.

9. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков впроектировании дорог и организации движения. М.: Транспорт, 1977, - 304 с.

10. Васильев А.П., Фримштейн М.И. Управление движением на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1979. - 296 с.

11. Пвдня В.А. Применение теории массового обслуживания на транспорте. М.: Транспорт, 1968. - 208 с.

12. Применение теории массового обслуживания в проектированию автомобильных дорог /Я.А. Калужский, И.В.Бегма, В.М.Кисля-ков и В.В.Филиппов./- М.: Транспорт, 1970. 136 с.

13. Дорожные условия и режимы движения автомобилей /под общ. ред. В.Ф.Бабкова и др. М.: Транспорт, 1974. - 240 с.

14. Вент цель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

15. Фишельсон L'i.O. Городские пути сообщения. -М.: Высшая школа, 1967. 368 с.

16. Кислякоз В.гл., Филиппов В.В., Школяренко И.А. Математическое моделирование и оценка условий движения автомобилейи пешеходов. М.: Транспорт, 1979. - 200 с.

17. Бухтияров А.П., Фролов Т.Д. Сборник задач по программированию на алгоритмических языках. М.: Наука, Главная редакция физико-технической литературы, 1978. - 240 с.

18. Бабков В.Ф. Современные автомобильные магистрали. Ы.: Транспорт, 1974. - 280 с.

19. Кероглу JI.A. Исследование пропускной способности автомобильных дорог. М.: Автотрансыздат, 1963. - 85 с.

20. Лукьянов В.В. Безопасность дорожного движения. М.: Транспорт, 1978. -2Л7 с.

21. Лобанов Е.Ы. Проектирование дорог и организация движения с учетом психофизиологии водителя. М.: Транспорт, 1980. -312

22. Калдербенк В.Д. Курс программирования на фортране 1У.-Ы.: Энергия, 1976. -67 с.

23. Мак-Крэкен Д., Дорн У. . золенные методы и программирование на фортране. М.: Мир, 1977. - 584 с.

24. Фрртран /Под общ. ред. Юценко Е.Л. и др. К.: Вища школа,1976. 400 с.

25. Математические методы исследования операций /Ю.М. Ермольев,

26. И.И. Ляшко, B.C. Михалевич и др. К.: Вища школа, 1979.- ЗП<

27. Галушко В.Г. Вероятностно-статистические методы на автотранспорте. К.: Вища школа, 1976. - 232 с.

28. Иванов-Мусотов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, Главная редакция физико-ыатематитической литературы, 1979. 214 с.

29. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. -М.: Наука, 1971. 576 с.

30. Румынский Л.З. Элементы теорий вероятностей. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1970.-556 с

31. Чистяков В.М. Курс теории вероятностей. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1978. - 256 с.426. '"Карбанович И.И. Краткий справочник по импортным автомобилям. М.: Транспорт, 1971. - 188 с.

32. Краткий автомобильный справочник НИМТ. М.: Транспорт, 1975. - 384 с.

33. Экспортная программа. Объединение Автомобильной Промышленности Польши. Варшава, 1975. - 255 с.

34. Пропускная способность автомобильных дорог /Е.М. Лобанов, В.В. Сильянов, Ю.М, Ситников и Л.Н. Сапетин. М.: Транспорт, 1970. - 152 с.

35. Брайловский Н.О., Грановский Б.И. Управление движением транспортных средств. М.: Транспорт, 1975. - 112 с.

36. RostооIci A., wieniawüiii ь». uoöüx'^^üoJö \ч lioübaoh 197377. Y/arszawa: Ж iL, 197?. - 185 s.

37. Buszma E. Podstawy inzynierii ruohu drogowego. Warszav/aj \ЖГЬ, 1971. - 311 s.

38. Chrostowska H,, Kostka 3., Wraeêniowcki Z. Autostrady. -Warszawa: wKiL, 1975» 343 s.

39. Bartoszewski J. VSfcziy dro^owe i uliczne: 'warszawa î Ж iL, 1970. 282 s.

40. Hobbs F.D., Hiohardson B.D. Problemy inzynierii ruoha. Badania ruohu. drogo^ogo. ¿arßzswc: YA-iL, 1971. » 270 s.

41. Трибунский В.LI. Дорожные условия и характеристика движения автомобилей. В кн.: Труды НАД И: Проектирование дорог и безопасность движения, 1972, вып. 33, с.130-135.

42. Булатов А.И. Сильянов, Ситников Ю.!д., Шевяков А Л, Изучение режима движения с помощью аэрофотосъемки. Автомобильные дороги, 1970, te с.22-23.

43. Белятинский A.A., Городенко Ы.Ю., Ткачук М.О. Эксперимен-талш дослождення закономерностей триядного руху на подходах до глет. В кн.: Автоыоб/лыи дороги и дорожнэ бу-д|.вництво, Крив, 1970, вып. У1, с. 3-7.

44. Красников А.II. Скорости движения потоков автомобилей на автомагистралях с шестью полосами движения. В кн.: Труды МАДИ : Проектирование дорог и безопасность движения, 1974, вып. 72, с.71-75.

45. Красников А.И. Повышение пропускной способности уличнсудорожной сети городов. В кн.: Проблемы и перспективы развития автомобильного Tpi.r;.n:jra: докл. Всссоюз, научно-техн. конф., Москва, 1981.

46. Ф/л/пов В.В. дослсждення руху автомобильных поток в с використанням ланщюгов Маркова. В кн.: Автомобгльние дорог i и дорожнэ будовництво, Ки ¿в, 1973, вып. XIII,с.56-63.

47. Багиньски Я. Организация движения на многополосных магистралях. В кн.: Комплексное развитие автомобильного транспорта крупных городов на примере города Москвы: Тез. докл. Все союз, научно-техн. конф., Москва, 1981.

48. Сильянов B.B. Пути повышения пропускной способности автомобильных дорог. В сб.: Пути технического прогресса в проектированию автомобильных дорог, Алма-Ата, 1973.

49. Ситников Ю.М., Сильянов В.В. Выбор количества полос движения на дорогах. Автомобильные дороги, 1971, № 9, с. 6-8.

50. Филиппов В.В. Распределение интенсивности движения на существующей и перспективной сети. Автодорожник Украины, Киев, 1980, l'¿ 3, с. 26-29.

51. Krystek E., Jamroz К., Borne Urba&ska В. itfov/oczesne metody pomiarowe v/ badaniaoh paramétrent ruchu drogowego. - Drogownictvvo, Warszawa, 1979, № 4-, s. 35-36.

52. Krystek R., Brzozov/ski A., Jairiroz K., Kowalkowski T., Po-jazd testowy do badañ parametrów ruchu drogowego. Drocownictwo, Warszawa, '1 jyt, 7-8, s. 7-9.

53. Krystek E. Analiza rozkladów odst^pów czasu rnigdzy pojaz-dami. Drogownictv/o, Warszawa, 1972, № 7-8f s. 13-14.

54. Kossakowski M. Okreélenie przepast owoó o i aróg, metoda rea-radziecka. Drogoivnictwo, Warszawa, 1972. № 9, s. 13-15.

55. V/rzeéniowski Z. Czyrtiiiki ziiiniejsza-jq.ee przepustowoéc autostrad. Drogo wnictv/o, Warszawa, 1972, № 9, s. 22-24.

56. Siewierski J. Drogi miejskie. W ks.: iíowoéoá w technice drogov/eö, Institut xiadawczy Dróg i mostóvz, warszawa, 1976, Ж0 66-67/76, s. 63-69.

57. V/alev/ski J. Drogi i rucia. v; кв.: ^owosci w technice drogov/ед, Instytut Dróg i Mostów, Warszav/a, 1976, № 66-67/766. Диссертация7. Авторефераты8. Патентные документы

58. Нормативно-техничеекая документация91. iiigv/ay Capacity Manual. nigway Heserach Board, Special Report, 1965, № 87. - 208 s.

59. Mrozowski W. Projekt owu nie dróg i ulic. Wytyczne normatyw-ne. Warszawa: WKiL, 1974. - 126 s.

60. Trasa Lazienkowska. Warszawa: 1974.- 24 s,

61. Каталоги промышленного оборудования изделий11. П р е п р и н ты1..I. Линейное программирование /Под общ. ред. Житомирского и др.- Конспект лекций по курсу высшей математики для студентов ХАДИ, Харьков, 1966.- 50 с,12. Депонированные рукописи