Понятие о пропускной способности улиц и дорог в городах

Министерство образования и науки Российской федерации

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра дорожно-строительные машины

Реферат

на тему:

«Понятие о пропускной способности улиц и дорог в городах »

Выполнил:

ст. гр. 2БД-201

Ахметзянов И.И.

Проверил:

Даутов Ф. М.

Казань 2014

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………………3

2. Понятие о пропускной способности улиц и дорог в городах………….4-

3.Заключение…………………………………………………………………

4. Список литературы………………………………………………………..

Введение.

Под пропускной способностью участка автодороги будем понимать максимальное количество единиц автотранспорта в единицу времени (достаточно большую относительно скорости автотранспорта, чтобы не проявились флуктуации в движении автотранспорта), способное проехать по данному участку дороги при данной скорости. Пропускная способность участка дороги зависит от множества факторов, которые можно разделить на две категории - постоянные (в условиях данного подхода рассмотрения) и варьируемые.

К первой категории при рассмотрении лишь интенсивной методики рассмотрения проблемы относятся:

·     ширина автодороги - как уже было сказано, данный параметр может быть изменен при больших экономических (порой даже астрономических величин) затратах, поэтому считаем данный параметр постоянным;

·     ширина автотранспортного средства - те же замечания, что и для предыдущего пункта;

·     длина автотранспортного средства - те же замечания, влияет лишь на максимальную скорость передвижения по криволинейным участкам;

·     максимальная скорость транспортного средства - совершенно очевидно, что максимальная скорость, развиваемая потоком автотранспорта на дороге ограничена минимальной из максимальных скоростей автотранспортных средств, передвигающихся по автодороге. Здесь так же надо учитывать эффект, проявляющийся на автодорогах, ширина которых больше максимальной ширины автотранспортного средства - образование так называемых рядов, представляющих собой несколько колон автотранспортных средств, каждая из которых (колон) движется со своей скоростью, т.н. скоростью ряда.

·     кривизна дороги - влияет на максимальную скорость автотранспорта.

Ко второй категории - варьируемых параметров относятся следующие:

*    состояние покрытия дороги - оно влияет на максимальную скорость, которую может развить транспортное средство. Изменение этого параметра связано с ощутимыми экономическими расходами.

*    максимальная допустимая скорость передвижения автотранспортного средства - ее влияние на максимальную скорость, которую способно развить транспортное средство, мягко говоря, очевидно. Относя данный параметр к варьируемым, мы имеем ввиду предположение, что данным вопросом должны заниматься управляющие структуры.

*    распределение автотранспорта по автодорогам.

Понятие о пропускной способности улиц и дорог в городах

Важным показателем, характеризующим дорогу, является ее пропускная способность, которая оценивается максимально возможным количеством автомобилей, проходящих через определенное сечение дороги в единицу времени.

По дороге можно пропустить максимальное количество автомобилей только при определенной скорости и плотности транспортного потока. Если транспортный поток состоит только из одних легковых автомобилей, то за одно и то же время их можно пропустить по дороге больше, чем грузовых, имеющих большую длину. Поскольку транспортный поток состоит из различных по габаритам и техническим характеристикам автомобилей, возникают определенные трудности при сравнении по пропускной способности конкретных участков дорог. Поэтому для оценки пропускной способности принято весь транспортный поток приводить к однородному потоку легковых автомобилей с помощью переводных коэффициентов. Численные значения переводных коэффициентов показывают, насколько динамический габарит (длина автомобиля плюс безопасная дистанция до движущегося впереди транспортного средства) данного автомобиля отличается от динамического габарита легкового автомобиля.

Тормозные качества автомобилей различных типов имеют существенную разницу, что оказывает влияние на величину безопасной дистанции и, как следствие, на динамический габарит. 
В расчетах обычно пользуются следующими значениями коэффициенте! приведения, которые получены путем изучения динамических габаритов транспортных средств в реальных дорожных условиях: 
Легковые автомобили - 1 
Грузовые автомобили грузоподъемностью, т: 
до 2 - 1,5 
от 2 до 5 - 2,0 
от 5 до 8 - 2,5 
свыше 8 - 3,5 
Автопоезда грузоподъемностью, т; 
до 6 - 3,0 
от 6 до 12 - 3,5 
от 12 до 20 - 4,0 
от 20 до 30 - 5,0 
свыше 30 - 6,0 
Автобусы - 2,5 
Троллейбусы - 30 
Сочлененные троллейбусы и автобусы - 40 
Мотоциклы, мопеды - 0,5 
Велосипеды - 0,3

Если, например, по дороге проходит 250 легковых автомобилей, 400 грузовых грузоподъемностью от 2 до 5 т, 20 автобусов и 100 автопоездов грузоподъемностью до 20 т (всего 670 транспортных средств), то, используя коэффициенты приведения, получим: 
(250 X 1) + (400 X 2) + (200 X 2,5) + (100 X 4) = 1500. 
Иными словами, поток, состоящий из 670 разнотипных транспортных средств, эквивалентен по степени загрузки дороги 1500 легковым автомобилям.

Сопоставление между собой коэффициентов приведения подсказывает, что одним из путей повышения пропускной способности перегруженных участков улиц и дорог является исключение из транспортного потока (или перевод на другие маршруты) троллейбусов и автопоездов, имеющих динамический габарит соответственно в 3 и 4 раза больше, чем у легковых автомобилей.

На величину пропускной способности дороги существенное влияние оказывает дистанция между движущимися по дороге автомобилями. При скользкой проезжей части в целях безопасности водители выдерживают большую дистанцию, чем при нормальном состоянии дороги. Поэтому при гололедице, сильном снегопаде или дожде пропускная способность дороги резко снижается, и нередко образуются заторы. Однако при определении пропускной способности обычно исходят из предположения, что движение происходит при нормальном состоянии проезжей части.

Пропускная способность проезжей части рассчитывается при следующих предпосылках. По какому-либо участку дороги можно пропустить максимально возможное количество автомобилей только в том случае, если все транспортные средства будут двигаться с одинаковой скоростью в колонне, поддерживая между собой минимально безопасную дистанцию. Эта дистанция должна обеспечивать безопасную остановку в случае экстренного торможения движущегося впереди транспортного средства. Если бы все автомобили обладали одинаковыми тормозными качествами, то, очевидно, дистанция между ними могла бы быть равна расстоянию, проходимому за время реакции водителя. Однако в реальных условиях, как уже отмечалось, транспортный поток состоит из разнотипных автомобилей, имеющих тормоза с различной эффективностью. Поэтому величину безопасной дистанции определяют исходя из предположения, что движущийся впереди автомобиль имеет более эффективную тормозную систему и, следовательно, меньший тормозной путь, чем следующий сзади.

Эффективность тормозов характеризуется величиной максимального замедления j при торможении на сухом асфальтобетонном покрытии. Разница между величиной замедления двух следующих друг за другом автомобилей может достигать 4 - 5 м/с^2. Например, легковой автомобиль с дисковыми тормозами может развить замедление j = 8 м/с^2, а тяжелый автопоезд иногда укладывается только в диапазон j = 3 - 4 м/с^2. В таких условиях тормозной путь автопоезда будет примерно в 2 раза больше, чем легкового автомобиля. Поэтому, чтобы при экстренном торможении движущегося, впереди легкового автомобиля автопоезд не столкнулся с ним, между этими транспортными средствами должна быть дистанция, равная разности их тормозных путей плюс расстояние, которое пройдет автопоезд за время реакции водителя.

 
Рис.1. Схема к определению динамического габарита автомобиля.

Тормозной путь автомобиля на горизонтальном участке равен: 
St = V^2/2j, м.

Тогда разность тормозных путей двух следующих с одинаковой скоростью друг за другом автомобилей будет: 
St2 – St1 = V^2/2(1/j_2 – 1/j_1), м, 
где j_1 и j_2 - максимальное замедление при торможении переднего и заднего автомобилей соответственно, м/с^2; 
V - скорость движения, м/с. 
Динамический габарит (рис. 1), включающий в себя разность тормозных путей, расстояние, проходимое за время реакции водителя, и длину автомобиля, определяется соотношениями: 
L = V^2/2(1/j_2 – 1/j_1) + Vt + la.

В этой формуле и на рис. 1 величина Vt - путь за время реакции водителя; la - длина автомобиля. Приняв j_1 = 8 м/с^2 и j_2 = 3 м/с^2, t = 1 с и длину автомобиля la = 6 м, получим следующие величины динамических габаритов (с округлением до целых метров) для различных скоростей:

По этим данным построена кривая I на рис. 2. Здесь же для сравнения приведены экспериментальные характеристики, полученные на дорогах России (2) и США (5). Обращает на себя внимание несовпадение экспериментальных и расчетных значений динамических габаритов. Даже со скидкой на некоторую условность принятых в расчёте данных (чрезмерно большое различие в эффективности действия тормозов следующих друг за другом автомобилей) следует все же заметить, что выбираемые водителями дистанции, особенно при высоких скоростях, иногда не обеспечивают безопасности движения. Подтверждением этого служит большое количество так называемых попутных столкновений в плотных транспортных потоках.

 
Рис. 2. Зависимость динамических габаритов автомобилей от скорости движения.

 
Рис. 3. Зависимость интенсивности движения от скорости.

Для вычисления пропускной способности уравнение транспортного потока можно представить в следующем виде: 
N = DV = (1000/L)*V. 
Здесь плотность транспортного потока D выражена через величину 1000/L - количество автомобилей на 1 км дороги, a L - динамический габарит среднего автомобиля. 
На рис. 3 приведены зависимости интенсивности движения N от скорости V, вычисленные по данной формуле (при значениях L и V по рис. 2). Они показывают, что максимум, соответствующий пропускной способности, наблюдается при различных скоростях: для кривой I он соответствует скорости около 35 км/ч, для кривых 2 и 3 - скорости 50- 60 км/ч.

Анализ графиков на рис. 3 наглядно показывает, как влияет динамический габарит на пропускную способность дороги. Для дорог России при реальных значениях интервалов между автомобилями максимум пропускной способности составляет примерно 1650 авт/ч на одну полосу, для американских условий эта величина несколько больше - 2000 авт/ч. Наименьшее значение пропускной способности (кривая I) получилось для принятых в расчете условий движения автомобилей с резко различной эффективностью тормозных систем, что предопределило существенно большую величину динамического габарита (см. рис. 2).

Указанные величины пропускной способности относятся к горизонтальным участкам многополосных дорог и являются предельно возможными при условии непрерывного движения транспортных средств в колоннах. Как уже отмечалось, наблюдения, проводившиеся на дорогах нашей страны, показывают, что обычная дорога с двусторонним движением, имеющая проезжую часть шириной 7 - 7,5 м, может в обоих направлениях пропустить около 2000 авт/ч, т. е. почти столько же, сколько одна полоса многополосной магистрали. Объясняется это взаимными помехами при встречном движении на узкой проезжей части.

Маневрирование при многополосной проезжей части, и обгоны также снижают пропускную способность. Поэтому пропускная способность, например, четырехполосной проезжей части будет больше пропускной способности одной полосы не в 4 раза, а только в 3.

В городских условиях на регулируемых пересечениях транспортный поток периодически останавливается красным сигналом светофора, и общее время запрещения движения в течение часа может достигать 30 мин. Неизбежные задержки возникают и при проезде нерегулируемых пересечений, где автомобили снижают скорость или даже останавливаются, уступая дорогу тем транспортным средствам, которые в соответствии с Правилами движения имеют преимущественное право проезда. Поэтому реальная пропускная способность одной полосы городской улицы при наличии светофорного регулирования не превышает 500 авт/ч.

Анализ факторов, влияющих на пропускную способность, свидетельствует, что для ее повышения решающее значение имеет сокращение дистанций между автомобилями. Однако это возможно лишь при условии повышения эффективности тормозных систем автомобилей. Важное значение имеет обеспечение одинаковой эффективности торможения различных типов автомобилей. В настоящее время водители автомобилей старых моделей в целях безопасности движения вынуждены увеличивать дистанцию, что, естественно, снижает плотность транспортного потока и пропускную способность улицы или дороги.

Если бы тормозные системы всех автомобилей обладали одинаковой эффективностью, то дистанция между автомобилями, как уже отмечалось, определялась бы в основном временем реакции водителя. В этом случае для скорости 80 км/ч и времени реакции 1 с дистанция составляет 22 м, а пропускная способность полосы - примерно 2700 авт/ч. При различной эффективности тормозов безопасная дистанция увеличится до 72 м, а пропускная способность снизится до 1000 авт/ч. Этот пример наглядно показывает, какие огромные резервы повышения пропускной способности улиц и дорог кроются в дальнейшем совершенствовании тормозных систем автомобилей. 
Надо подчеркнуть, что за счет повышения водительского мастерства также можно «уплотнить» транспортный поток, так как опытные водители могут позволить себе двигаться на несколько меньших расстояниях.

Другой путь повышения пропускной способности связан с введением элементов автоматизации управления автомобилем. В данном случае речь идет о системах, обеспечивающих автоматическое поддержание заданной дистанции между автомобилями. Научные разработки в этом направлении проводятся как в нашей стране, так и за рубежом.

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. 

Заключение.

К первой категории при рассмотрении лишь интенсивной методики рассмотрения проблемы относятся:

·     ширина автодороги - как уже было сказано, данный параметр может быть изменен при больших экономических (порой даже астрономических величин) затратах, поэтому считаем данный параметр постоянным;

·     ширина автотранспортного средства - те же замечания, что и для предыдущего пункта;

·     длина автотранспортного средства - те же замечания, влияет лишь на максимальную скорость передвижения по криволинейным участкам;

·     максимальная скорость транспортного средства - совершенно очевидно, что максимальная скорость, развиваемая потоком автотранспорта на дороге ограничена минимальной из максимальных скоростей автотранспортных средств, передвигающихся по автодороге. Здесь так же надо учитывать эффект, проявляющийся на автодорогах, ширина которых больше максимальной ширины автотранспортного средства - образование так называемых рядов, представляющих собой несколько колон автотранспортных средств, каждая из которых (колон) движется со своей скоростью, т.н. скоростью ряда.

·     кривизна дороги - влияет на максимальную скорость автотранспорта.

Ко второй категории - варьируемых параметров относятся следующие:

*    состояние покрытия дороги - оно влияет на максимальную скорость, которую может развить транспортное средство. Изменение этого параметра связано с ощутимыми экономическими расходами.

*    максимальная допустимая скорость передвижения автотранспортного средства - ее влияние на максимальную скорость, которую способно развить транспортное средство, мягко говоря, очевидно. Относя данный параметр к варьируемым, мы имеем ввиду предположение, что данным вопросом должны заниматься управляющие структуры.

*    распределение автотранспорта по автодорогам.

Список литературы.