Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Михайлов Александр Юрьевич

Научные основы проектирования улично-дорожных сетей
<
Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей Научные основы проектирования улично-дорожных сетей
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Михайлов Александр Юрьевич. Научные основы проектирования улично-дорожных сетей : Дис. ... д-ра техн. наук : 18.00.04 Иркутск, 2004 378 с. РГБ ОД, 71:05-5/713

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Современные тенденции проектирования и методы оценки улично-дорожных сетей 13

1.1. Влияние уровня автомобилизации на проектирование улично-дорожных сетей и организацию дорожного движения 13

1.2. Современные тенденции развития организации дорожного движения в городах 17

1.2.1. Дифференцированное использование городских улиц и дорог и нормирование скоростей движения 17

1.2.2. Снижение интенсивности движения автомобильного транспорта в центрах городов 22

1.2.3. Приоритет общественного транспорта 27

1.3. Состояние УДС и ОДД в городах Российской Федерации на современном этапе 33

1.4. Стадии, задачи и целевые установки проектирования организации дорожного движения 40

1.5. Классификация критериев оценки УДС 45

1.6. Частные критерии оценки 47

1.6.1. Транспортная работа УДС 47

1.6.2. Показатель экологической безопасности 48

1.6.3. Показатель безопасности дорожного движения 50

1.6.4. Показатель устойчивости функционирования улично-дорожной сети 53

1.6.5. Критерии, основанные на величине задержки и длине очереди 54

1.6.6. Пропускная способность УДС и ее элементов 58

1.7. Методы оценки пропускной способности УДС 60

1.7.1. Оценка пропускной способности на основе плотности УДС 60

1.7.2. Емкость УДС 62

1.7.3. Оценка пропускной способности с использованием теории графов 63

1.8. Интегральные критерии оценки состояния УДС 66

1.9. Выводы и задачи исследования 71

Глава II. Теоретические основы оценки пропускной способности улично-дорожных сетей и восстановления матриц корреспонденции : 75

2.1. Теоретические подходы к оценке пропускной способности УДС 75.

2.1.1. Анализ возможностей оценки пропускной способности УДС с использованием разрезов 76

2.1.2. Анализ возможностей оценки пропускной способности УДС на основе моделей распределения потоков 87

2.2. Предлагаемая модель оценки пропускной способности УДС 97

2.2.1. Обоснование целевой функции оценки пропускной способности УДС 97

2.2.2. Выбор ограничений задачи линейного программирования 99

2.2.3. Модель оценки пропускной способности УДС 103

($. 2.3 Анализ моделей оценки матриц корреспонденции на основе дан

ных интенсивности движения 108

2.3.1. Модели оценки матриц корреспонденции 108

2.3.2. Модели восстановления матриц корреспонденции на основе данных интенсивности движения 110

2.3.3. Требования к модели оценки матриц корреспонденции, основанной только данных интенсивности движения 116

2.4. Выбор моделей робастного оценивания матриц корреспонденции.. 123

2.5. Выводы главы II 131

Глава III. Экспериментальное исследование методов восстановления матриц корреспонденции 135

3.1. Исходные данные для оценки матриц 135

3.2. Ошибки исходных данных оценки матриц корреспонденции и формализованное описание УДС для анализа ошибок 138

3.3. Выбор статистических критериев для оценки ошибок исходных данных интенсивности движения 143

3.4. Анализ качества исходных данных для восстановления матриц корреспонденции 152

3.4.1. Анализ качества данных обследований в С. Петербурге 152

3.4.2. Анализ качества данных обследований в Иркутске 158

3.5. Сравнение критериев выявления и исключения грубых ошибок... 161

3.6. Оценка допустимой точности восстановления матриц корреспонденции 163

3.7. Тестирование метода вариационно-взвешенных приближений 168

3.8. Тестирование метода наименьших модулей 176

3.8.1. Тестирование метода наименьших модулей на примерах искусственных матриц корреспонденции 177

3.8.2. Тестирование метода наименьших модулей на примерах искусственных матриц корреспонденции с ошибками исходных данных 195

3.8.3. Тестирование метода наименьших модулей на примерах реальных исходных данных 220

3.9. Тестирование нелинейной модели оценки корреспонденции 239

3.10 Выводы главы III 242

Глава IV. Предлагаемая методика оценки улично-дорожных сетей и ее применение в проектирования .. 247

4.1. Основные положения предлагаемой методики оценки УДС и перечень задач, рассматриваемых на этапе ее разработки 247

4.2. Формализованное представление УДС и исходных данных для выполнения оценки пропускной способности 250

4.2.1. Форма представления УДС в виде ориентированного графа... 250

4.2.2. Пропускная способность перегонов УДС 256

4.2.3. Пропускная способность узлов УДС 264

4.2.4. Представление корреспонденции и их маршрутов следования в матричной форме 264

4.2.5. Вывод результатов оценки пропускной способности УДС 266

4.3. Пример оценки пропускной способности УДС 270

4.3.1 Задачи оценки пропускной способности УДС правобережных подходов к новому мосту в Иркутске 270

4.3.2. Предварительные обследования УДС центральной части Иркутска и правобережных подходов к новому мосту 2 72

4.3.3. Исходные данные для оценки пропускной способности УДС. 277

4.3.4. Результаты оценки пропускной способности УДС правобережных подходов к новому мосту 279

4.4. Оценки транзитных потоков в центральной части Иркутска 295

4.4.1. Исходные данные для оценки транзитных потоков в центральной части Иркутска 295

4.4.2. Декомпозиция матрицы корреспонденции 298

4.4.3. Результаты оценки транзитных потоков в центральной части Иркутска 302

4.5. Проектные предложения по организации дорожного движения и первой очереди реконструкции УДС в части Иркутска по результатам выполненных оценок 304

4.6. Выводы главы IV 311

Общие выводы 314

Библиографический список

Введение к работе

Актуальность проблемы. Улично-дорожные сети (УДС) являются дорогим и трудноизменяемым элементом городской инфраструктуры, их проектирование относят к числу наиболее сложных вопросов теории транспортной планировки городов. Обоснование любых градостроительных решений, связанных с изменением УДС, включает детальный анализ существующего состояния сети. Поэтому оценка состояния УДС предшествует многим видам градостроительного проектирования, разработкам градостроительных регламентов и зонированию городских территорий, является обязательным элементом комплексных схем организации движения (КСОД), проектов реконструкции УДС и организации дорожного движения (ПОД).

УДС изучались многими отечественными специалистами. Так различным аспектам проектирования и оценки УДС посвящены исследования: А.А. Агасьянца, В.Ф. Бабкова, С.А. Ваксмана, Ф.Г. Глика, Т.А. Глухаревой, З.И. Горбанева, Д.Р. Гришкявючене, И.И. Демкина, С.Г. Елизарова, Г.Н. Зубкова, Ю.В. Игнатьева, A.M. Костина, А.Н. Красникова, М.Г. Крейстмейна, О.И. Крыловой, O.K. Кудрявцева, Е.М. Лобанова, P.M. Пиир, И.О. Пихлака, П.И. Поспелова, А.Е. Роговина, Д.С. Самойлова, А.В. Сигаева, Ю.А. Ставничего, М.С. Фишельсона, В.Л. Швеца, В.В. Шештокаса и др. Критерии эффективности функционирования УДС и качества организации дорожного движения (ОДД) рассмотрены в работах: М.Б Афанасьева, P.O. Брайловского, В.Е. Ве-рейкина, Б.Н. Грановского, О.А. Дивочкина, В.В Зырянова, И.Е. Капитанова, Г.И. Клинковштейна, В.И. Коноплянко, Ю.Ф. Кременца, Т.В. Москалевой, М.П. Печерского, Е.А. Рейцена, А.Г. Романова, В.В. Сильянова, Ю.М. Сит-никова, Б.А. Ткаченко, Е.Б. Хилажева, Б.Г. Хоровича, Ю.Д. Шелкова, И.В. Шемякина и др.

Вместе с тем продолжительный опыт исследовательских и проектных работ позволяет автору утверждать, что критерии и методы оценки УДС ос-

таются одним из самых важных вопросов теории и практики градостроительного проектирования и требуют дальнейшего развития. В частности для обоснования и выбора проектных решений предлагаются и используются принципиально отличающиеся количественные показатели пропускной способности УДС, что предельно осложняет сопоставление результатов разных проектных и исследовательских работ, разработку общих рекомендаций. Это вызвано отсутствием общепринятого определения понятия пропускная способность УДС, разным пониманием специалистами, как самого термина, так и теоретических основ оценки пропускной способности сетей.

Для проектов реконструкции УДС и ПОД особо важное значение имеет информация о сложившемся распределении транспортных потоков. В документах Мировой дорожной ассоциации PIARC (10.02.В Traffic control, toll and road information) подчеркнуто, что инструментом получения этой информации являются методы восстановления существующих матриц корреспонденции. Оценка существующих матриц корреспонденции с проведением опросов водителей о маршрутах движения или регистрацией номерных знаков трудоемки и дороги, поэтому в зарубежной практике уделяется большое внимание методам, позволяющим использовать только данные обследований интенсивности движения. Например, в последнем издании "Руководства по пропускной способности 2000" (Highway Capacity Manual 2000) этому вопросу посвящена глава "Corridor analysis".

В нашей стране редко производились исследования по оценке существующих матриц корреспонденции в виде потоков транспортных средств, а выполненные основаны на опросе водителей (НИПИ генерального плана Ленинграда, 1987-1988 гг., ЦИТИ, Москва, 1999-2002 гг.). Наиболее распространенным и доступным способом сбора данных о транспортных потоках являются подсчеты интенсивности движения на отдельных элементах УДС, например пересечениях. Поэтому особый интерес представляет разработка метода, который позволит оценивать матрицы корреспонденции на ос-

нове таких данных. Поскольку при сведении в единую выборку данных отдельных замеров интенсивности движения возникают невязки, метод оценки должен быть робастным - т.е. устойчивым к возникающим грубым ошибкам (выбросам). Анализ отечественной и зарубежной специальной литературы и периодики показывает, что робастность методов является наименее изученным вопросом теории оценки существующих матриц корреспонденции.

Цель работы - разработка научных основ оценки пропускной способности УДС и робастной оценки существующих матриц корреспонденции.

Указанная в работе цель потребовала решить следующие задачи:

сформулировать и обосновать модель оценки пропускной способности УДС, отвечающую целям и содержанию таких видов проектирования как: проекты планировки; проекты реконструкции УДС, проекты организации дорожного движения;

теоретически обосновать модели и методы робастной оценки существующих матриц корреспонденции, позволяющие производить ее на основе обследований интенсивности движения в узлах УДС;

предложить методику подготовки исходных данных для оценки матриц корреспонденции, разработать процедуру определения выбросов, возникающих при сведении данных обследований движения в узлах УДС в единую выборку;

исследовать свойства ошибок, возникающих при сведении данных обследований движения в узлах УДС в единую выборку, и обосновать требования к точности восстановления существующих матриц корреспонденции;

провести тестирование и сравнительный анализ моделей оценки матриц корреспонденции, на основе выбранной модели разработать методику робастной оценки матриц корреспонденции;

на основе разработанных моделей выполнить экспериментальное восстановление матриц корреспонденции и оценку пропускной способности УДС,

оценить эффективность предлагаемых методов оценки УДС и разработать рекомендации для их практического использования.

Объект исследования - потоки транспортных средств на улично-дорожной сети.

Предмет исследования - пропускная способность УДС и существующие распределения потоков транспортных средств по УДС, методы их оценки с использованием матриц корреспонденции.

Методы исследования - натурные обследования интенсивности движения транспортных средств, статистический анализ, имитационное моделирование искусственных и реальных УДС.

Научная новизна:

предложен принципиально новый подход к оценке пропускной способности УДС, формулируемый как определение максимума корреспонденции, обслуживаемых сетью, при условии эластичного (т.е. меняющегося) спроса на поездки. Нахождение максимума суммы корреспонденции рассматривается в виде задачи линейной оптимизации со смешанными ограничениями, которыми задаются УДС и эластичный спрос (гипотеза изменения матрицы корреспонденции);

разработан новый метод робастной оценки существующих матриц корреспонденции по данным обследований интенсивности движения в узлах УДС и исследованы его свойства. Установлено, что в предложенном методе наименьших модулей наибольшее влияние на сходимость и точность регрессионной оценки оказывают двухсторонние ограничения вектора оцениваемых параметров регрессии;

исследованы свойства ошибок, возникающих при сведении данных обследований движения в узлах УДС в единую выборку, с их учетом обоснованы требования к точности восстановления матриц корреспонденции;

предложена модель и методика оценки точности исходных данных для оценки матриц корреспонденции и выявления в этих данных выбросов.

Практическая ценность работы. Предложенные методы позволяют:

производить оценку пропускной способности и уровня загрузки УДС, прогнозировать участки исчерпания пропускной способности УДС;

выполнять оценку существующего распределения транспортных потоков с использованием данных обследований интенсивности движения в узлах УДС, в том числе в случаях, когда данные содержат выбросы;

осуществлять оценку существующего распределения транспортных потоков, когда проведение опросов о маршрутах следования невозможно или сопряжено недопустимыми помехами движению, например на участках УДС с высоким уровнем загрузки;

выполнять аппроксимацию исходных данных при построении картограмм интенсивности движения.

Достоверность теоретических положений работы, ее практических результатов, рекомендаций и выводов определяются: строгостью применяемых методов оптимизации и математической статистки; данными многолетних обследований УДС; тестированием предложенных моделей с использованием данных искусственных и реальных УДС; статистическим контролем сходимости результатов экспериментальных исследований с данными натурных обследований УДС.

Реализация результатов исследования. Предложенные в диссертации методы оценки УДС применены в указанных ниже исследовательских и проектных работах, выполненных по заказу администрации г. Иркутска и его департаментов:

"Обследование интенсивности движения и уровня загрузки магистральной УДС Иркутска".

"Разработка схем организации движения на объектах УДС Иркутска".

"Разработка проекта организации дорожного движения в районе центрального рынка Иркутска".

"Концепция реставрации и реконструкции исторического центра. Иркутска" утв. постановлением мера Иркутска №7/131 от 13.02.97г.

"Ревитализация части исторической застройки Идинской стороны в Иркутске".

Местный законодательный акт "Градостроительный регламент центральной исторической части Иркутска "(утв. Решением гор. думы Иркутска №>220-24г.д./2/119-20-220,8 от 28.08.1998).

"Корректировка транспортной схемы центральной части Иркутска".

а также в проектах:

Совместный российско-французский проект "Irkutsk city administration support for transportation and city master plan modernization" № BIS/99/108/023 по программе EU BISTRO TASIC.

"Проект сохранения и развития исторической части Иркутска" (выполнен по с контракту с Московским Бюро Юнеско 2001г.).

Апробация работы. Содержание работы, ее теоретические положения и результаты докладывались на: секции городского движения и транспорта Ленинградского отделения Союза Архитекторов СССР (Санкт-Петербург, 1987 г.), международной научной конференции "Безопасность движения" (Таллинн, 1990 г.), международной конференции "ИНТЕРКАРТО 2: ГИС для изучения и картографирования окружающей среды" (Иркутск, 1996 г.), научно-практической конференции "Экология и городское хозяйство" (Иркутск, 1997 г.), международной научно- практической конференции "Город: прошлое, настоящее, будущее" (Иркутск, 1998 г.), межрегиональной научно-практической конференции "Строительный комплекс востока России. Проблемы, перспективы, кадры" (Улан-Уде, 1999 г.), научно-практической конференции "Город Иркутск в третьем тысячелетии" (Иркутск, 2000 г.); российско-немецко-австрийском семинаре "Проблемы высшего образования и науки" (Иркутск, 2000 г.), совместном российско-французском семинаре в составе проекта программы BISTRO TASIC (Иркутск, 2000 г.), конгрессе

Международной дорожной федерации (IRF Париж, 2001 г.), 8-ой международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 2002 г.), IX и X международных научно-практических конференциях "Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния" (Екатеринбург, 2003, 2004 г.).

На защиту выносятся:

метод оценки пропускной способности УДС;

метод робастной оценки существующих матриц корреспонденции с использованием данных обследований интенсивности движения, результаты исследования свойств этого метода и рекомендации по его использованию;

методика оценки точности исходных данных для восстановления существующих матриц корреспонденции.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 печатных работ, в том числе: монография, 2 учебных пособия.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и 5 приложений. Она изложена на 317 стр. основного текста, содержит 74 таблицы, 92 рисунока и библиографический список из 234 наименований.

Приоритет общественного транспорта

Снижение интенсивности движения автомобильного транспорта в центрах городов выделяется в отдельную самостоятельную задачу ОДД. Интерес к этой настолько велик, что PIARC посвятил ей специальный [196]. К главным негативным последствиям концентрации автомобильного транспорта в городских центрах отнесены [195 - 198]: - воздействие на городскую среду (автомобильный транспорт становится важнейшим источником всех видов загрязнения окружающей среды в городах, развитие дорожной инфраструктуры требует изъятия территорий); - снижение скорости движения по УДС и соответственно скорости сообщения, приводят к низкой эффективности функционирования, как пассажирского транспорта, так и обслуживающего грузового и специального транспорта; - повышение уровня аварийности.

В технической и градостроительной литературе нашей страны достаточно подробно рассмотрены вопросы безопасности движения, экологические проблемы городов, связанные с функционированием автомобильного транспорта. Поэтому представляются интересными случаи оценки экономического ущерба, связанного с перегруженностью УДС, снижением скорости сообщения, задержками. Например, исследования показали, что в центре Стокгольма средняя скорость движения на многих улицах не превышала 10 км/ч.

В результате анкетирования фирм было установлено, что из-за задержек и снижения скорости средние потери времени одного грузового автомобиля, обслуживающего центр, составляют 1.6 часа в день. Суммарный годовой ущерб от эксплуатации грузового транспорта в центре Стокгольма был оценен величиной 1.7 миллиарда крон (170 миллионов фунтов стерлингов).

Существует широкий спектр мер [196,199], призванных снижать интен сивность движения в центрах городов (см. табл. 1.4), начиная с градострои тельного и технического проектирования, кончая административной дея тельностью муниципалитетов. Непосредственно к компетенции ОДД (см. табл. 1.4) можно отнести: снижение интенсивности движения периоды, ог раничение движения тяжелых автомобилей, ограничение паркирования, Л обеспечение приоритета общественного транспорта. К наиболее радикальным средствам снижения интенсивности движения автомобильного транспорта в центрах городов относятся "зоны свободные от автомобилей" (car-free zones). Они характеризуются полным запрещением движения транспорта, за исключением специальных видов (скорая помощь, полиция, пожарные и коммунальные службы, обслуживание магазинов). Та кие зоны распространяют на незначительные по размеру территории, как v правило, имеющие статус охраняемых. В качестве примеров можно привести старинные кварталы Маленькая Франция (Страсбург), исторический центр Таллинна (Старый Город), а из отечественной практики — Китай-Город (Москва).

В настоящее время распространенный вид мероприятий ОДД - "успокоение движения" (traffic calming), сочетающий технические и архитектурно-планировочные решения. Согласно определению Института Транспортных Инженеров (ITE) успокоение движения является "комбинацией физических мер, которые уменьшают негативный эффект использования автомобилей, и улучшают условия для других пользователей улицы" [162]. Основным задачами этих мер названы: - улучшение условий проживания; - учет и приоритет требований, которые предъявляются пользователями городской территории (работа, проживание, рекреация); - создание безопасных и привлекательных улиц; - снижение негативных эффектов от автомобильного транспорта (прежде всего шум и загрязнение); - создание благоприятных условий для пешеходов и велосипедистов.

В числе основных результатов, достигаемых успокоением движения, указывают [199]: - снижение скорости движения транспортных средств; - снижение количества и тяжести ДТП; - увеличение возможности осуществлять различные виды передвижений (общественный транспорт, велосипед, пешком); - уменьшение транзитного движения автомобильного транспорта. Успокоение движения достигается как изменениями уличной сети, так и техническими мероприятиями. Прежде всего, при создании зон успокоения (calming zones) выводится транзитное движение. Для этого используется принцип превращения в пределах зон бывших сквозных улиц в тупиковые, петлевые, кольцевые и т.д. С этой же целью вводят ограничение скорости движения, что одновременно позволяет резко уменьшить количество конфликтов между транспортом и пешеходами. Вводятся определенные ограничения на паркирование. Обслуживание зон возлагается на общественный транспорт, который получает приоритет. Поэтому возможны сочетания, например, пешеходного движения и трамвайных линий (Страсбург, Сент-Этьен), или пешеходного движения и автобусных маршрутов (Дижон). Организация пространства улиц, их благоустройство и дизайн обеспечивают приоритет движения пешеходов и велосипедистов, и стимулируют снижение скорости движения транспортных средств. В том числе допускается снижение пропускной способности УДС или некоторых ее участков. Например, во

Франции предложена идея " ..конвертации улиц с 4 полосами движения в 2-х полосные, чтобы они не имели статус магистралей..."[199].

Сначала зоны успокоения получили распространение в ФРГ, Нидерландах, Швейцарии. Затем опыт их использования распространился и в других странах Европы, а в последнее время включен в муниципальные программы многих городов США. Зоны успокоенного движения применяются, прежде всего, в условиях исторически сложившейся застройки, в том числе традиционной квартальной. Опросы населения показали популярность таких зон, прежде всего населением отмечается улучшение внешнего облика городской территории. Например, положительно оценили меры по успокоению движения в Граце 75% жителей и 62% водителей [199]. Отмечена также, что городские власти и эксперты относятся к идее зон успокоения более скептически, чем население. Так сторонниками мер успокоения движения в историческом центре Клагенфурта были: 74% населения, 40% представителей городских властей, 44% экспертов и столько же журналистов.

Анализ возможностей оценки пропускной способности УДС с использованием разрезов

Возможность применения минимальных разрезов для оценки пропускной способности разных видов сетей рассматривалась во многих статьях, опуб ликованных специалистами разных отраслей техники. Вместе с тем имеется лишь несколько публикаций о применении минимальных разрезов для оцен С ки пропускной способности УДС [36,216]. Такое соотношение количества публикаций имеет простое объяснение. По сравнению с другими видами сетей (гидравлическими, электрическими и т.д.) представление реальной УДС в виде графа и определение ее минимальных разрезов осуществляются значительно сложнее. Так, уже в случае города с населением более 500 тысяч жителей, УДС в виде ориентированного графа с пересечениями, представленными как вершины графа (см. рис. 2.1), будет насчитывать несколько сотен дуг. Если эта же УДС будет представлена более детально, когда перекрестки и развязки сети описываются в виде графа (см. рис. 2.2), то количество дуг будет нескольких тысяч.

Использование количественных методов для определения разрезов УДС представлено в ряде публикаций и докладов на конференциях, выполненных специалистами японских университетов [216]. В них описание УДС, заданной в виде неориентированного графа (ребер и вершин), сводится к ряду векторов и матриц.

Матрицы:

1) матрица инцидентности ребер разрезам W, элементы которой Wy равны 1, если ребро / проходит через разрез Kj, 0 в противоположном случае;

2) матрица инцидентности корреспонденции разрезам V, элементы которой Vy равны 1, если корреспонденция / проходит через разрез Kj, 0 в противоположном случае;

3) матрица инцидентности корреспондирующих зон Z, элементы которой znm равны 1, если поток из зоны п погашается в зоне т, 0 в другом случае.

Оцениваемые параметры: Вектор пропускной способности разрезов С определяется произведением матрицы Уя вектора значений пропускной способности ребер с C={Q} = V-c /=1,2,..., к (2.6) Вектор значений потоков через разрезы Р P={pi} = W-p /=1,2,.. „к (2.7) Элементы ТЩІ) вектора значений пропускной способности разрезов Т определяются как отношения Т(Кг) = С{Кд/С{Рй І=\,2,.-Л (2.8) Пропускная способность сети оценивается минимальным значением T(Kt) Тт = тт({Т(К,)}. (2.9) В случае если задается общий объем корреспонденции сети F0, то вектор потоков через разрезы определяется следующим матричным произведением P = F0Vp . (2.10) Для каждого из разрезов предлагается определить следующую разницу АС, AC, = C,-P,. (2.11)

Соответственно отрицательное значение АС,- указывает, что данный разрез исчерпал свою пропускную способность и сеть является перенасыщенной.

Рассмотренный выше подход к оценке пропускной способности прост (если не рассматривать алгоритмы построения и перебора разрезов) и достаточно нагляден. Авторы отмечают [216], что для простейшей сети, имеющей п вершин, количество разрезов составляет п(п-1)/2. В случае большой сети предлагается выбирать определенное количество разрезов, представляющих практический интерес для оценки пропускной способности УДС, на основе предварительного экспертного отбора. Такое предложение корреспондирует с идеями метода частичных разрезов, рассмотренного в предыдущей главе (см. п. 1.6.3).

Основной предпосылкой метода частичных разрезов является снижение размерности задачи, т.е. уменьшения количества просматриваемых дуг в процессе определения разреза. В случаях, когда УДС представлена в виде графа, вершинами которого являются перекрестки, разрезы, частичные разрезы и принадлежащие этим разрезам ребра легко определяются экспертным путем (см. рис. 2.2). Можно задавать определенное количество частичных разрезов и провести оценку их количественных показателей в соответствии с

формулами 2.7 — 2.11. Такой подход к оценке пропускной способности достаточно прост даже в случае большой УДС и доступен, учитывая распространенность библиотек программ операций с матрицами. Это относится числу важнейших достоинств метода, поскольку для его применения пригоден любой стандартный математический пакет, содержащий библиотеку матричных вычислений, при этом используются лишь операции умножения и транспонирования.

Вместе с тем предложенный японскими специалистами метод имеет целый ряд недостатков. Во-первых, рассмотренное выше представление УДС в виде неориентированного графа выполняется со значительными упрощениями, даже не рассматривается различие пропускной способности перегонов улиц по направлениям (т.е. вместо двух дуг разного направления задается одно ребро). Во-вторых, само использование разрезов для оценки пропускной способности УДС не всегда согласуется с данными о функционировании реальных УДС, что можно проиллюстрировать целым рядом примеров.

Выбор статистических критериев для оценки ошибок исходных данных интенсивности движения

Большинство статистических оценок и процедур, в том числе регрессионный анализ предполагают нормальное распределение исследуемых выборок. В практике проектирования УДС такие характеристики как значения интенсивности движения ТС, интенсивности движения пешеходов имеют, как правило, распределения с так называемой положительной асимметрией. Другими словами описываются распределениями, у которых мода х находится левее среднего значения х. Это можно проследить как на примере данных отдельного участка УДС (см. таблицы 3.2 - 3.4), так и по данным обследований магистральной УДС целого города (рис. 3.6 - 3.8). В таблицах 3.2-3.4 специально приведены статистики, подтверждающие правую асимметрию. Во всех приведенных случаях попытка аппроксимировать распределения с нормальным распределением приводит к теоретической кривой, распространяющейся на область отрицательных значений.

Рассмотренные выше примеры данных убедительно доказывают, что значения интенсивностеи движения имеют распределения с ярко выраженной асимметрией (т.е. статистически значимо отклонятся от нормального распределения). В этой связи было необходимо использовать такие статистические критерии и процедуры, которые не требуют обязательного нормального распределения V{out)t и У(т){.

Предложенные выше формализованное описание УДС (см. рис. 3.5) позволяет применять метод парных сравнений, который не требует нормального распределения V{out)i и V(in)i и основан на процедуре использующей разности пар (3.1). В общих чертах суть этого метода заключается в оценке близости двух упорядоченных выборок, элементы которых образуют пары. Оценка корректности использования данных интенсивности движения сводится к проверке гипотезы, что связанные выборки V{out)i и V(in)i принадлежат к одной генеральной совокупности.

Так как изучаемые выборки отличаются специфическими свойствами, и поскольку для их сравнения использовался целый набор статистических критериев, кратко рассмотрим эти критерии и связанные с их применением процедуры.

Одна из примененных в диссертации статистических процедур - проверка значимости среднего значения разности пар с применением ґ-критерия Стьюдента, который признается в статистической литературе оптимальным критерием метода парных сравнений [34]. Проверка статистической значимости разности пар проводится по формуле

Рассматриваемая выше формула представляет собой отношение среднего значения разностей и соответствующего стандартного отклонения Sj. Проверяется нуль-гипотеза ц =0, где \id - истинное среднее значение разности пар. Противопоставляемая ей альтернативная гипотеза предполагает ц О (двухсторонний критерий). Нуль-гипотеза принимается, если рассчитанное значение критерия Стьюдента t меньше критического или равно ему /(„;а).

Как отмечается в специальной литературе [34] проверка связанных выборок с помощью /-критерия имеет менее строгие допущения, переменные могут значительно отклоняться от нормального распределения, достаточно чтобы их разности распределялись по нормальному закону. В целом распределения ошибок близки к нормальному (см. рис. 3.9, 3.10), что позволяет достаточно обоснованно применять критерий Стьюдента.

Еще один использованный критерий сравнения парных наблюдений -ранговый знаковый критерий Уилкоксона, другое его распространенное название - критерий Уилкоксона для разностей пар (Wilcoxon matched pairs signed rank test). Для решения рассматриваемых в данной диссертации задач принципиально важно, что этот критерий не требует нормального распределения разностей dt. В литературе по статистике [6,34,89,93] и руководствах к пакетам программ по статистике подчеркивается, что данный критерий так же эффективен, как и /-критерий и эффективность для малых и больших выборок. - для оставшихся пар определяют разности (в нашем случае d,=V(put)rV(in)i); - разности dt ранжируют по их абсолютным значениям, наименьшее значение получает ранг 1, наибольшее - т, равным по величине абсолютным значениям разностей присваивают средний ранг; - для каждого ранга отмечается знак (отрицательный или положительный) той разности, которой он присвоен; - определяются суммы положительных W{+) и отрицательных W(-) рангов и проводится контрольная проверка с помощью выражения W(+) + W(_} = т(т +1)/2. (3.3) Для оценки статистической значимости различий сравниваемых выборок используют наименьшую из сумм рангов W. Проверяется нуль-гипотеза: сравниваемые выборки принадлежат к одной генеральной совокупности. По этой гипотезе значение медианы разностей пар равно нулю ц О. Противопоставляемая альтернативная гипотеза подразумевает ц О (т.е. используется двухсторонний критерий). Нуль-гипотеза отбрасывается, если рассчитанное значение W меньше критического или равно ему W ay Критические значения критерия Уилкоксона приводятся в литературе [34].

Формализованное представление УДС и исходных данных для выполнения оценки пропускной способности

Как указывалось в п. 4.1. для выполнения оценки пропускной способности УДС необходима форма описания УДС в виде ориентированного графа, отвечающая задаче линейного программирования. В соответствии с такими требованиями граф УДС включает перегоны и узлы (развязки, пересечения в одном уровне), представленные в виде дуг и вершин (рис. 4.1).

В приводимом примере описание участка УДС (рис. 4.1), состоящего из регулируемого пересечения и четырех перегонов примыкающих улиц, включает дуги, отображающие перегоны улиц: 158, 159 ,180, 181, 186, 187, 190,

Вершины нагрузок графа (т.е. вершины в которых начинаются и кончаются корреспонденции) имеют общую с остальными вершинами графа нумерацию (см. рис. 4.1). Таким образом, УДС представлена вектором столбцом Ь, элементы которого bi являются значениями пропускной способности дуг, где / - номер дуги /=1,2,..,«, п — количество дуг.

Поскольку в описании графа используются дуги отображающие перегоны и дуги, отображающие направления движения на пересечениях, необходимо использовать разные методы расчета их пропускной способности. Соответственно необходимо обоснование значений правых частей линейных ограничений bi принимаемых в задаче (2.30).

В данной работе предполагалось рассматривать УДС, включающие все возможные категории улиц, как предусматриваемые действующими градостроительными и техническими нормами, так и, включая случаи создания бульваров и зон успокоения, функциональное назначение которых рассмотрены в главе I. Как следствие этого при описании УДС требовалось задавать или рассчитывать значения пропускной способности для различных условий движения на перегонах, соответственно задавать широкий диапазон значений расчетной скорости движения. Поэтому представлялось наиболее правильным воспользоваться так называемой основной диаграммой транспортного потока - "интенсивность - плотность ".

В специальной литературе отмечено [53,91,92], что основная диаграмма потока достаточно хорошо описывается упрощенной динамической моделью N=l000v/d, (4.1) где N- пропускная способность полосы движения, прив.авт/ч; у— расчетная скорость движения, км/ч; d- динамический габарит автомобиля, м. где tp - расчетное время реакции водителя, с; К\, К2 - коэффициенты эксплуатационного состояния тормозов переднего и заднего автомобилей; ф -коэффициент сцепления; / - продольный уклон проезжей части; / -коэффициент сопротивления качению; La - расчетная длина автомобиля, м; L - расстояние между остановившимися автомобилями.

Время реакции водителя принимают в диапазоне значений 1.6-3.5 с [53,91,92]. Расчет пропускной способности полосы движения ведется для значений коэффициента сцепления ф = 0.4—0.6, при этом обычно значение коэффициента сопротивления качению принимают равным / = 0.01—0.02 (цементобетонные и асфальтобетонные покрытия). Часто в расчетах пропускной способности полосы движения по формулам (4.1, 4.2) значения коэффициентов эксплуатационного состояния тормозов первого автомобиля К\ и второго автомобиля К2, назначают из предположения мгновенного торможения переднего автомобиля, тогда N = iOOOv (43)

В зависимости от принятых значений рассмотренных выше параметров, рассчитываемая в соответствии с формулой (4.3) пропускная способность варьирует в широком диапазоне 1100 - 1600 авт/ч. Максимальные значения соответствуют скорости 30-50 км/ч, а при увеличении скорости пропускная способность несколько снижается.

При определении пропускной способности полосы рекомендуют принимать в формулах (4.1, 4.2) значения скорости ц обеспечивающие оптимальные условия движения на той или иной категории городской улицы или дороги (табл. 4.1) [53].

Похожие диссертации на Научные основы проектирования улично-дорожных сетей