ТЕМА 7. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ

Транспортний потік розуміють як сукупність транспортних засобів, що рухаються.

Основними характеристиками транспортного потоку, що описують його кількість і якість, є:

- інтенсивність руху;

- склад транспортного потоку;

- швидкість руху;

- щільність потоку;

- часовий інтервал слідування;

- дистанція між транспортними засобами.

Інтенсивність руху — кількість автомобілів, що пройшла через поперечний переріз дороги за одиницю часу

Одиниці виміру інтенсивності руху:

авт./добу – у значній мірі використовувалася і використовується при незначних обсягах руху, що дозволяє вирішувати завдання організації дорожнього руху При значних обсягах руху цей показник не може бути використаний;

авт./г – використовується для вирішення завдань організації дорожнього руху;

авт./г «пік» – використовується для вирішення завдань організації дорожнього руху в періоди існування щільних транспортних потоків;

авт./5 хв. – використовується для спеціальних завдань організації дорожнього руху (наприклад, для розрахунків світлофорної сигналізації).

Величина інтенсивності руху постійно змінюється в часі та просторі і тому є стохастичною величиною.

Склад транспортного потоку - процентний вміст транспортних засобів даного типу у транспортному потоці.

Він відіграє важливу роль щодо формування умов руху. Так, умови руху транспортних потоків складених, наприклад, з легкових або лише з вантажних автомобілів будуть значно відрізнятися.

Наявність у транспортному потоці, з одного боку, автомобілів із високими динамічними якостями, хорошим технічним станом і специфічною поведінковою функцією їх водіїв та, з другого - автомобілів старих із низькими динамічними якостями, поганим технічним станом (які виїжджають тільки кілька разів влітку) спричиняє вкрай складні умови руху щодо формування режимів руху й рівня його безпеки.

В організації дорожнього руху достатньо розділяти транспортний потік на такі групи: легкові, вантажні, автопоїзди, автобуси (тролейбуси) і мотоцикли (велосипеди), тобто має місце фізичний підхід до оцінки складу транспортного потоку, що характеризує площу, яку займає кожен засіб на проїзній частині або його динамічний габарит.

Вплив складу транспортного потоку на умови руху можна проілюструвати на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Розміщення транспортних засобів різного типу на одиниці довжини дороги

Із рис. 7.1 видно, що за однакової швидкості руху величина його інтенсивності буде різною; умови руху для водія (позначено X) будуть різними, оскільки в першому випадку він взаємодіє з двома системами «автомобіль — водій — дорога», а в другому — з чотирма, тобто друга ситуація складніша для прийняття рішення щодо траєкторії і величини швидкості руху. Таким чином, характеристика складу транспортного потоку пов'язана з інтенсивністю та швидкістю руху.

Швидкість руху. В організації дорожнього руху розглядаються два поняття швидкості руху:

- миттєва швидкість руху — це швидкість руху одиничного автомобіля в даному місці і в даний час;

- середня швидкість транспортного потоку — це статистичне значення швидкості руху для всіх автомобілів транспортного потоку.

Перша характеристика використовується для розрахунків характеристики руху одиничного автомобіля або параметрів геометричних елементів вулиць та доріг (плану, поперечного і подовжнього профілів тощо).

При вимірі миттєвих швидкостей руху протягом періоду спостереження одержують їх статистичну вибірку, причому вона мусить бути репрезентабельною. Якщо рознести одержані значення миттєвих швидкостей руху за класами (наприклад по п'ять км/г) і визначити їх процентний вміст у вибірці, то можна побудувати натурну залежність розподілу швидкостей руху у транспортному потоці.

Щільність транспортного потоку — кількість автомобілів, що припадає на одиницю довжини дороги в даний момент часу. Проте фізично це твердження має сенс лише для щільних транспортних потоків.

Рис. 7.2. Щільність транспортного потоку: а) щільний потік;б) група автомобілів - одиничний автомобіль; в) одиничний автомобіль - група автомобілів

На рис. 7.2 показані різні умови формування щільності транспортного потоку. Оскільки умови і стан руху транспортного потоку можуть змінюватися, то величину щільності штучно розповсюджують на одиницю довжини дороги.

Таким чином існують різні характеристики і стани транспортного потоку за рівнями завантаження дороги автомобілями:

,

де Р — пропускна здатність ділянки дороги.

Інтервали слідування. Всі транспортні засоби, що рухаються, мають динамічний габарит (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Динамічний габарит автомобіля: L_Д - довжина динамічного габариту; В_Д - ширина динамічного габариту.

Величина ширини динамічного габариту використовується для визначення ширини смуги руху та ширини проїзної частини дороги.

Довжина динамічного габариту L_Д визначається за формулою:

де l_а - довжина автомобіля; l_р - відстань, на якій водій реагує на перешкоду; l_г.ш. - величина гальмового шляху автомобіля; 1₀ - величина зазору безпеки;

де V - швидкість руху автомобіля; t_р - час, за який водій реагує на перешкоду та приймає рішення про гальмування;

де g - прискорення вільного падіння; - коефіцієнт подовжнього зчеплення колеса з поверхнею дороги; f - коефіцієнт опору кочення колеса; і - величина подовжнього похилу.

Якби водії витримували L_Д, то кількість дорожньо-транспортних подій значно б зменшилась. Практично відбувається накладання динамічних габаритів автомобілів, що рухаються однією смугою (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Утворення інтервалу слідування при накладанні динамічних габаритів автомобілів, що рухаються однією смугою.

У результаті фактично залишається відповідна дистанція між автомобілями (d). Але для зручності використовується поняття інтервал слідування, що визначається як = d/V.

Величина інтервалу слідування є дуже важливою за умов забезпечення безпеки дорожнього руху. Саме ця характеристика є вихідною системи «Дорожні умови – транспортні потоки». На рис. 7.5. наведено основні випадки інтервалів слідування.

Пропускна здатність дороги – важливий показник умов руху транспортного потоку, вона також є однією з найважливіших характеристик, що використовується при розробленні заходів щодо підвищення транспортно-експлуатаційних якостей дороги, спрямованих на зростання продуктивності роботи автотранспорту, а також при вирішенні завдань які стосуються проектування доріг.

Рис. 7.5. Основні випадки інтервалів слідування: а) входження в основний транспортний потік; б) пересічення транспортного потоку; в) виконання обгону тихохідного автомобіля на двосмуговій дорозі з зустрічним рухом; г) виконання зміни смуги руху на багатосмуговій проїзній частині

Під пропускною здатністю розуміють максимальне число автомобілів, яке може пропустити ділянка дороги в одиницю часу в одному або двох напрямках у розглянутих погодно-кліматичних і дорожніх умовах.

Для оцінки пропускної здатності дороги, як правило, використовуються динамічні моделі транспортного потоку, оскільки при інтенсивності руху, близької або рівної до пропускної здатності, має місце взаємний вплив автомобілів.

Динамічні моделі допускають два підходи – мікроскопічний, коли моделюється динаміка взаємодії між окремими автомобілями, і макроскопічний, при якому моделюється рух потоку в цілому. До мікроскопічного підходу відносять спрощені динамічні моделі і модель «слідування за лідером».

Розрізняють теоретичну, практичну та розрахункову величини пропускної здатності.

Теоретична пропускна здатність визначається розрахунком для прямої ділянки дороги під час руху однорідного за складом транспортного потоку – легкові автомобілі – з постійними інтервалами між ними. Вона обчислюється на підставі динамічних моделей і складає 2000 – 2400 автомобілів за годину на одну смугу руху. Це максимальна величина пропускної здатності, що може бути досягнута під час керування автомобіля людиною.

Практична пропускна здатність — це максимальне число автомобілів, яке може пропустити ділянка дороги в реальних дорожніх умовах за одиницю часу. Існує два види пропускної практичної здатності: максимальна, котра спостерігається на еталонній ділянці, і практична — для конкретних дорожніх умов. Під еталонною розуміють горизонтальну прямолінійну ділянку, із шириною смуги 3,75 м, укріпленими узбіччями шириною 3 м, покриття сухе, рівне, шорстке, відстань між пересіченнями більше 5 км, відстань видимості понад 800 м, транспортний потік складається з більше ніж 800 легкових автомобілів, відсутні перешкоди на узбіччях, погодно-кліматичні умови сприятливі.

Практична пропускна здатність — це пропускна здатність ділянок, що мають гірші умови у порівнянні з еталонними. Вона є випадковою величиною, що залежить від цілого ряду факторів. Значення її величини може змінюватися в значних межах. На рис. 7.6 наведена класифікація математичних моделей транспортного потоку.

Така зміна практичної пропускної здатності у часі для конкретної ділянки дороги з постійними дорожніми умовами може бути викликана такими факторами: зміною складу транспортного потоку, складу водіїв, технічного стану транспортних засобів, погодно-кліматичних умов, виникненням ДТП.

У зв'язку з випадковим характером практичної пропускної здатності для техніко-економічних розрахунків вводиться поняття розрахункової пропускної здатності, яке характеризує економічно доцільне число автомобілів, що може пропустити ділянка дороги за одиницю часу, у конкретних дорожніх умовах і за прийнятою схемою організації руху:

де — коефіцієнт переходу від теоретичної пропускної здатності до розрахункової; — теоретична пропускна здатність (легкових автомобілів на годину).

Те положення, що величину пропускної здатності формує цілий ряд факторів, поєднання яких носить випадковий характер, дозволяє говорити про пропускну здатність як про імовірнісну просторово- часову характеристику.

В основі методу визначення практичної пропускної здатності лежить використання коефіцієнта зниження максимальної практичної пропускної здатності.

Цей коефіцієнт дорівнює відношенню пропускної здатності конкретної ділянки дороги до пропускної здатності еталонної ділянки, тобто до максимальної пропускної здатності:

Для оцінки пропускної здатності з використанням цієї формули необхідно виміряти середні інтервали руху у вільних умовах і, створивши штучний затор, визначити максимально можливу щільність.

При розрахунку пропускної здатності багатосмугових доріг виходять з того, що рух смугами таких доріг розподіляється нерівномірно. Загальна пропускна здатність автомагістралі обчислюється за формулою:

де P₁, P₂,…, P_n — пропускна здатність першої, другої і т. д. смуг руху

Пропускна здатність к-ї смуги руху:

,

де — коефіцієнт приведення змішаного потоку автомобілів до потоку легкових автомобілів:

,

β₁ — коефіцієнт, що враховує радіус кривої у плані;

β₂— коефіцієнт, що враховує вплив пересічень на різних рівнях;

b — ширина смуги руху, м;

р — частка важких автомобілів і автобусів у %;

і — подовжній схил у тисячних (‰);

n_j— кількість транспортних засобів різних типів;

ψ_сі — коефіцієнт приведення до легкового автомобіля окремих типів транспортних засобів.

Величина практичної пропускної здатності, як показує досвід, залежить від багатьох факторів, поєднання яких визначає її значення у кожному конкретному випадку, дорожні умови при цьому є визначальними.

Пропускна здатність тієї самої ділянки дороги з постійними умовами під впливом інших, крім дорожніх, факторів може змінюватися в 1,5-1,7 рази.

Для точної та повної оцінки пропускної здатності необхідний аналіз внутрішньої структури транспортного потоку. Під час руху транспортного потоку в режимі пропускної здатності, коли середня швидкість потоку складає 50-55% від швидкості вільного руху, не усі фактори роблять понижуючий вплив на величину пропускної здатності. У результаті одержують занижені її значення.

Аналіз методів визначення пропускної здатності говорить про те, що на пропускну здатність дороги в умовах, відмінних від ідеальних, впливають наступні фактори:

- ширина дороги;

- відстань до бічних перешкод;

- частка важких вантажних автомобілів у потоці;

- розташування дороги стосовно населеного пункту;

- знання водієм дороги і ціль поїздки.

Під ідеальними умовами розуміють таке: рівнинна місцевість, ширина смуги руху 3,5 м, мінімальна відстань до перешкод на узбіччі 1,8 м від краю проїзної частини, потік легкових автомобілів, наявність розділювальної смуги на приміських дорогах.

Головним показником для оцінки умов руху є щільність, що визначає ступінь можливості маневрування у транспортному потоці. Граничним значенням рівнів свободи руху відповідають відстані між автомобілями, що рухаються у потоці.

Одним із важливих показників, які використовуються для оцінки умов руху, є коефіцієнт завантаження дороги рухом, що представляє собою відношення фактичної інтенсивності руху до величини практичної пропускної здатності розглянутої ділянки дороги.

Зміна рівня завантаження спричиняє як зміну режиму руху, так і вимог щодо засобів організації руху, ефективність роботи яких буде залежати від того, наскільки правильно враховані умови, при яких вони застосовуються.

При розробленні заходів щодо організації руху необхідно гнучко враховувати зміну стану транспортного потоку. У зв'язку з цим варто вибирати засоби регулювання, що дозволяли б підтримувати оптимальні режими руху у міру зміни завантаження дороги. Поняття про оптимальний рівень завантаження використовується при вирішенні таких завдань, як: вибір засобів організації руху, устаткування дороги, призначення заходів щодо ремонту і реконструкції дороги, обґрунтування кількості смуг.

Контрольні питання

1. Основні характеристики транспортного потоку.

2. Одиниці виміру інтенсивності руху.

3. Склад транспортного потоку.

4. Розміщення транспортних засобів різного типу на одиниці довжини дороги.

5. Миттєва швидкість руху.

6. Середня швидкість транспортного потоку.

7. Щільність транспортного потоку.

8. Основні випадки інтервалів слідування.

9. Аналіз методів визначення пропускної здатності.