Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследования 17
1.1 Состояние проблемы автомобилизации с учётом позитивной роли в социально-экономическом процессе и отрицательных последствий для окружающей среды 17
1.1.1 Автомобилизация и социально-экономическое развитие 17
1.1.2 Техногенное воздействие дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы 24
1.2 Обоснование требований по загрузке движением существующей и перспективной дорожной сети 28
1.3 Формирование современных критериев оценки транспортно-эксплуатационных и экологических качеств автомобильных дорог 33
1.4 Методы построения эпюр скорости как основы оценки соответствия дороги требованиям движения 40
1.5 Методы оценки технико-экономических, энергетических, экологических показателей
функционирования автомобильных дорог 47
1.6 Цель и задачи исследования 52
2. Принципы и методы единого подхода к моделированию движения автомобилей и оценке техногенного воздействия на экосистемы придорожной полосы 57
2.1. Типовые режимы движения 57
2.2 Учет ровности и шероховатости дорожных покрытий в тяговых расчетах 61
2.3 Особенности расчётов при проектировании дорог показателей движения с использованием единых относительных частичных характеристик автомобильных двигателей 65
2.4. Расчет расхода топлива в проектах автомобильных дорог 77
2.5 Расчет показателей токсичности при проектировании дорог 83
2.5.1 Образование вредных газообразных веществ в двигателях с искровым зажиганием 85
2.5.2 Образование вредных газообразных веществ и сажи в дизельных двигателях 88
2.5.3 Воздействие продуктов сгорания топлива на человека 92
2.5.4 Методики расчёта показателей токсичности при проектировании дорог и выбросов вредных газообразных веществ в атмосферу при эксплуатации автотранспорта 96
2.6 Методика расчёта загрязнения почвы придорожной полосы автотранспортными выбросами свинца 107
2.7 Методика расчёта уровня загрязнения поверхностного стока на автомобильной дороге 112
2.8 Практическое внедрение результатов исследования загрязнения приземного слоя атмосферы автотранспортными выбросами 116
2.8.1 Цель и программа проводимых экспериментов 116
2.8.2 Обработка опытных данных 119
2.8.3 Результаты опытов по определению загрязнения приземного слоя атмосферы придорожного пространства 126
2.8.4 Процесс формирования уровня загрязнения приземного слоя атмосферы на автодороге 133
2.9 Уменьшение эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания автомобильного топлива 134
2.9.1 Способы снижения вредных газовых выхлопов двигателями с искровым зажиганием 134
2.9.2 Способы снижения вредных газовых выхлопов дизельными двигателями 137
2.9.3 Экономия горючего с целью оптимизации работы автотранспорта 142
2.10 Выводы 143
3 Закономерности влияния дорожных условий на режимы движения транспортных потоков и экосистемы придорожной полосы 145
3.1 Вероятностные характеристики движения отдельного автомобиля в потоке и потока 146
3.2. Движение нескольких скоростных групп автомобилей по однополосной дороге без обгона 157
3.3. Усовершенствование методики составления дифференциальных уравнений с использованием процессов Маркова 162
3.4. Модели движения автомобильных потоков по многополосным дорогам 170
3.5. Выводы 179
4 Системное моделирование задач оценки техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы 182
4.1. Системная декомпозиция и концептуальная модель техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистему придорожной полосы 182
4.2. Структурно-параметрическое моделирование процессов переноса и осаждения загрязняющих веществ в придорожной полосе воздушным путем 184
4.3 Математические модели процессов загрязнения почв и растений придорожной полосы водным путем 197
4.4. Выводы 212
5 Воздействие факторов дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы 213
5.1 Изменение химических и фитотоксических свойств почвы сосновых лесов в придорожной полосе 213
5.1.1 Объекты и методика исследований 214
5.1.2 Результаты проведенных исследований 216
5.2 Воздействие на лесные придорожные экосистемы аэральных выбросов автомобильного транспорта 221
5.2.1 Объекты и методика исследований 222
5.2.2 Результаты проведенных исследований 225
5.3 Изменение лесной растительности под влиянием автомобильных дорог 229
5.3.1 Объекты и методика исследований 232
5.3.2 Результаты проведенных исследований .234
5.4 Влияние автомагистрали на почвенно-экологические условия сосновых насаждений 245
5.4.1 Объекты и методика исследований 246
5.4.2 Результаты проведенных исследований 250
5.5 Водообеспеченность и особенность транспирации растений в придорожной полосе 264
5.5.1 Объекты и методика исследований 265
5.5.2. Результаты проведенных исследований 265
5.6 Изменение стабильности развития древесных растений в условиях техногенного химического воздействия автомобильных дорог и транспорта 268
5.6.1 Объекты и методика исследований 268
5.6.2 Результаты проведенных исследований 269
5.7 Техногенное загрязнение атмосферы, почв и растительности в районе южного промышленного узла, примыкающего к автомагистрали "Дон" 270
5.7.1 Анализ результатов проб воздуха 270
5.7.2 Результаты анализов проб почвы 273
5.7.3 Результаты анализа проб растительности 278
5.7.4 Степень трансформации энтомокомплексов исследуемых участков по мере возрастания техногенного воздействия...285
5.7.5 Роль антропогенной и техногенной нагрузок в изменении структуры энтомокомплексов лесных насаждений 291
5.8 Выводы 303
6 Совершенствование методов оценки проектных решений автомобильных дорог в локально-замкнутых экологических системах 306
6.1 Экономическая эффективность совершенствования методов оценки проектных решений 306
6.2 Автоматизированный расчёт транспортной составляющей себестоимости перевозок 312
6.3 Оценка экономической эффективности проектных решений автомобильных лесовозных дорог по показателям движения автомобилей в потоке 323
6.3.1 Особенности технико-экономических обоснований при вариантном проектировании дорог IV и V технических категорий 324
6.3.2 Особенности технико - экономических обоснований при вариантном проектировании дорог высших технических категорий 327
6.4 Оценка транспортно - эксплуатационных характеристик сложных участков плана и продольного профиля с переходными режимами движения потока 333
6.5 Комплекс эпюр транспортно-эксплуатационных характеристик дороги - основа оценки проектных решений 338
6.6 Энергосберегающие проектные решения 347
6.7 Оценка загрязнения придорожного пространства токсичными веществами отработавших газов 357
6.8 Повышение экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию автомобильных дорог в процессе опытной эксплуатации комплекса программ системы автоматизированного проектирования 364
6.9 Принципы оптимизации проектных решений с использованием программ моделирования дорожного движения 373
6.10 Мониторинг локально-замкнутых экологических систем 379
6.10.1 Системный подход как методологическая основа синтеза информационных технологий мониторинга локально-замкнутых экологических систем 380
6.10.2 Статистический анализ локально-замкнутых экологических систем 383
6.10.3 Обработка результатов диагностики текущего состояния локально-замкнутой экологической системы. Первичная обработка 387
6.10.4 Выявление скрытых и причинных механизмов формирования связей 394
6.11 Выводы 400
Основные выводы и рекомендации 404
Библиографический список использованной литературы 407
- Автомобилизация и социально-экономическое развитие
- Учет ровности и шероховатости дорожных покрытий в тяговых расчетах
- Движение нескольких скоростных групп автомобилей по однополосной дороге без обгона
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из приоритетных задач, стоящих перед дорожной отраслью России, является смягчение техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы. За последние годы автомобильный транспорт обеспечивает свыше 55 % объёмов внутренних перевозок с тенденцией увеличения этой доли, являясь таким образом «главным перевозчиком» для развивающихся секторов экономики России. Статистические данные последних лет свидетельствуют об увеличении доли автомобильного транспорта в валовом внутреннем продукте (ВВП) до 6-10%, без учёта эффекта использования автомобилей, находящихся в личном пользовании.
Одновременно процесс автомобилизации сопровождается нарастающим негативным воздействием на окружающую среду. В масштабах Российской Федерации автотранспортная доля в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками достигает 43%, в выбросах парниковых газов составляет около 10%. Доля автотранспорта в отрицательном акустическом воздействии на население городов составляет 85-95%). Повышенному риску и необратимой потере здоровья в результате загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом подвергается примерно 10-15 миллионов горожан.
Разработка мероприятий по снижению негативных воздействий на окружающую придорожную среду является одной из важнейших задач подпрограммы «Автомобильные дороги» Федеральной целевой программы модернизации транспортной системы России до 2010 г., концепции развития автомобильной промышленности до 2015 г.
Негативное влияние дорожно-транспортной инфраструктуры на окружающую среду распространяется на территорию более 15 млн. га. Продукты износа покрытий, шин и тормозных накладок, топливно-смазочные, антигололёдные материалы, соединения тяжелых металлов, гербициды и другие материалы аккумулируются в придорожной полосе и приводят к чрезмерному насыщению вод поверхностного стока и почвы этими веществами. Объём производственных и бытовых отходов, размещенных в придорожной полосе автомагистралей с интенсивным движением
вблизи крупных городов, достигает в год 35-50 м на 1 км дороги.
Все компоненты биосферы (вода, воздух, почва, биота) в результате усиливающейся техногенной нагрузки подвержены быстрым изменениям, что затрудняет их изучение. Загрязненность экосистем придорожной полосы отработавшими газами автотранспортных средств (АТС) зависит, кроме дорожных условий и качества топ--лива, от состава движения и его интенсивности. Значение последнего показателя увеличивается по мере преобладания грузовых автомобилей в транспортном потоке. Выброс газообразных загрязнителей АТС наиболее высок в режиме медленного движения, меньше он при ускорении (разгоне) и минимален при установившейся скорости движения. Необходимо иметь в виду, что количество выбросов оксида азота и неопределенных углеводородов прямо пропорционально скорости движения, кривая выброса оксида углерода имеет минимум при скорости движения 55-65 км/ч. Экологически значимо, что минимумы загрязнений не совпадают, а значит, снижение выбросов требует применения различных мер и разработки различных техноло--гий.
Рост экологически обоснованных ограничений на автомобилизацию в целом требует оценки приемлемости тех или иных инженерно-технических решений, разработки рекомендаций, повышающих экологическую безопасность дорожно-транспортного комплекса.
Суммарный экологический эффект этого воздействия может быть установлен на основании изучения отклика экосистем придорожной полосы, по реакции и био-ты, и экосистемы в целом.
В структуре социально-экологических потерь населения от транспортного за-. грязнения в городах девять веществ определяют 95 % суммарного ущерба: оксиды азота (44,5 %), свинец (21 %), акролеин (7,5 %), сажа (7,4 %), оксид углерода (6 %), диоксид серы (3,4 %), а также формальдегид, бенз-а-пирен, ацетальдегид. Ежегодно возрастает количество пострадавших на дорогах страны в результате дорожно-транспортных происшествий.
Социально-экономическими предпосылками высокой дорожной аварийности и загрязнения окружающей среды автотранспортом в России являются:
низкий рейтинг проблем дорожной и экологической безопасности автотранспорта среди приоритетов государственной политики, ограниченность бюджетных средств, выделяемых на их решение;
отсутствие экономических стимулов к развитию рынка «экологически чистой» продукции, услуг и работ природоохранной направленности на транспорте, несовершенство налоговой системы;
низкий уровень жизни населения, не позволяющий своевременно заменять морально устаревшие транспортные средства (АТС) индивидуального пользования.
Таким образом, проблемы повышения надёжности дорожно-транспортных со- общений с гарантированной доставкой грузов, пассажиров в заданное время при росте парка автомобилей в условиях финансовых ограничений и постоянно ужесточающихся требований безопасности и охраны окружающей среды для России представляются чрезвычайно актуальными. Сложившаяся ситуация и тенденция к ее ухудшению диктуют необходимость разработки новых моделей и методов для объективной оценки техногенного влияния дорожно-транспортного комплекса на состояние окружающей среды придорожной полосы, а также оптимизации мероприятий по управлению качеством среды обитания на основе ситуационного метода, что также подтверждает актуальность выбранного направления исследований.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка научно-практических основ комплексной оценки техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы с созданием методики системного управления качеством среды обитания. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
обобщить методы моделирования дифференциальными уравнениями процессов взаимодействия дороги и автомобиля, типовых режимов движения автомобилей и разработать общий метод комплексной оценки техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы, рассматривающий состояние экосистем в системе "водитель - автомобиль - дорога - среда" (ВАДС);
разработать метод моделирования дифференциально-вероятностными урав-
нениями движения автомобиля в потоке при непрерывной последовательности про
ектируемых дорожных условий, изменении режимов движения и их влиянии на био-
ты, и экосистемы в целом;
создать и обосновать системный подход к моделированию процессов загрязнения экосистем придорожной полосы с использованием конвективно-диффузионной теории переноса;
определить основные принципы и факторы взаимодействия дороги с окружающей средой, принимающие участие в протекании процессов загрязнения почв и растительности различными веществами;
разработать метод автоматизированных расчетов попикетных показателей функционирования дороги, характеризующий скорость транспортных средств, эмиссию загрязняющих веществ и себестоимость перевозок с учетом условий движения и экологического ущерба;
определить пороговые значения при аэротехногенном воздействии на экос-системы придорожной полосы по флуктуирующей асимметрии листьев древесных растений, водообеспеченности и особенностей транспирации, всхожести и прорастанию семян, жизненному состоянию древостоя и концентрации взвесей, содержащихся в снеговой воде, изменении структуры энтомокомплексов лесных насажде-
ний;
разработать математическое, методическое, программное обеспечения для комплексной оценки техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы;
обосновать методику диагностики и управления качеством среды обитания в локально-замкнутых экологических системах на основе синтеза информационных технологий.
Методы исследования основываются на системном анализе, теории управления, теории множеств, методах оптимизации, аппарата вычислительной математики,
прикладной статистики, имитационном, структурном и параметрическом моделиро
ваниях, экспериментальных исследованиях.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты,
характеризующиеся научной новизной:
- разработан общий метод по комплексной оценке техногенного воздействия
дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы, рассматри
вающий состояние экосистемы с учетом всех существенных компонентов объекта
исследования и взаимосвязи между ними в системе "водитель - автомобиль - дорога
- среда"; транспортно-экологические качества определены комплексом показателей
, имитационного моделирования процесса функционирования дороги и придорожной полосы, включающем технико-экономические, энергетические, экологические;
- объединены, в соответствии с обобщенными и изученными закономерностя
ми функционирования дороги, подсистемы "дорога - автомобиль: двигатель", "до
рога - автомобиль - водитель", "дорога - транспортные потоки", "транспортные по
токи - придорожная среда". Этим обеспечен системный подход к оценке техноген
ного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной
полосы;
- уточнены отдельные положения теории конвективно-диффузионного рас
пространения загрязняющих веществ в придорожной полосе, предусматривающие
учет дискретности и нестационарности транспортного потока, а так же особенности перемещения соединений тяжелых металлов в атмосфере приземного слоя воздуха и разработан метод (принципы построения, архитектура и методика) формирования процессов загрязнения воздуха, почв, жидких дождевых стоков и растительности загрязняющими веществами;
разработан на основе единой информационной базы данных метод автоматизированных расчётов попикетных показателей функционирования автомобильной дороги: скоростей движения при реальном и максимальном использовании мощно-сти двигателя; эмиссии окиси углерода, окислов азота, углеводородов, сажи; себестоимости перевозок с корректировкой нормативных ставок через фактическую работу как функции дорожных условий, так и токсичности;
разработаны методики для определения пороговых значений при аэротехногенном воздействии на древесные растения придорожной полосы, отличающиеся учётом флуктуирующей асимметрии листьев, водообеспеченности и особенностей
транспирации, всхожести и прорастания семян, жизненного состояния древостоя и концентрации взвесей, содержащихся в снеговой воде, изменении структуры энто-мокомплексов лесных насаждений;
- созданы математическое, методическое, программное, информационное
обеспечения для комплексной оценки техногенного воздействия дорожно-
транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы (свидетельства об
официальной регистрации программ для ЭВМ: №№ - 2004612478, 2004612576,
2006610618, 2005610037,2006611149);
- разработана методика применения информационных технологий для диагно
стики и управления качеством среды обитания в локально-замкнутых экологических
системах.
Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая ценность работы связана с использованием основных её положений:
концепция научного направления, рассматривающая качества экосистемы придорожной полосы с учётом всех существенных компонентов объекта исследования и взаимосвязей между ними в системе ВАДС;
методология исследования и прогнозирования комплекса показателей качества придорожной полосы, предусматривающая единые принципы решения задач сформулированного направления (использована при разработке "Стратегии развития дорожного хозяйства Воронежской области до 2015 г.");
- новые и модифицированные алгоритмически-программные методы исследо
вания основных транспортно-экологических характеристик автомобильных дорог,
' включающих технико-экономические, энергетические, экологические;
предложенных методов и математических моделей, положенных в основу разработки инструментальных средств управления качеством экосистем придорожной полосы в системе ВАДС;
организационного и методического обеспечений диагностики и управления в локально-замкнутых экологических системах.
Предложенные решения носят универсальный характер и могут быть положены в основу рекомендации по реализации подпрограммы «Автомобильные дороги»
Федеральной целевой программы модернизации транспортной системы России на период до 2010 г.
В диссертации приведены результаты вычислительных экспериментов, которые подтверждают возможность применения разработанных алгоритмов и программ для решения прикладных задач.
Разработанные методологические, математические и инструментальные методы оценки техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса могут служить основой для создания и внедрения обучающих программно-аппаратных комплексов вузов - лекционных курсов, лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов и докторантов по дисциплине, связанной с изучением вопросов взаимодействия различных видов транспорта и охраны окру-' жающей среды.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
новые и модифицированные алгоритмически-программные методы исследования транспортно-экологических характеристик автомобильных дорог и экосистем придорожной полосы, рассматривающие их качественное состояние с учётом всех существенных компонентов объекта исследования и взаимосвязей между ними в системе ВАДС;
общий метод моделирования движения автомобильного потока с использованием процессов Маркова, описывающий процессы функционирования системы
' ВАДС с учетом дорожных условий, расхода топлива и показателей эмиссии транспортных загрязнений;
методы физического и математического моделирований загрязнения экосистем придорожной полосы при эксплуатации объектов и сооружений дорожно-транспортного комплекса с использованием конвективно-диффузионной теории переноса;
экспериментальные данные по определению пороговых значений техногенного воздействия дорожно-транспортного комплекса на экосистемы придорожной полосы по жизненно важным показателям лесных насаждений и изменении струк-
' туры их энтомокомплексов;
метод автоматизированных расчётов попикетных показателей, характеризующих скорость транспортных средств, эмиссию загрязняющих веществ и себестоимость перевозок с учетом условий движения и экологического ущерба;
рекомендации по разработке методов мониторинга и управления состоянием придорожной полосы в локально-замкнутых экологических системах.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях с 1990 по 2005 гг. Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, Воронежской государственной лесотехнической академии, Московского государственного университета леса, Уральского государственного лесотехнического университета, Сибирского государственного технологического университета. Автор выступала с докладами: на молодёжном Российском научном симпозиуме «Молодёжь и проблемы информационного и экологического мониторинга» (г. Воронеж, 1996); на международном научно-практическом симпозиуме «Дорожная экология XXI века» (г. Воронеж, 1999); «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2000); «Повышение надёжности и долговечности автодорог и искусственных сооружений» (г. Краснодар, .2004 г.).
Личное участие автора в получении результатов. Работа выполнялась в соответствии с целевыми программами НИОКР Минавтодора РСФСР, по программам "Строительство", "Человек, окружающая среда" РФ, грантам по проблемам нормирования выбросов в дорожной отрасли.
Диссертация является результатом многолетних исследований выполненных при участии автора, которая обосновала тему, определила цели и задачи исследований, выполнила научно-технические исследования и проанализировала их результаты, разработала основные рекомендации по диагностике и управлению в локально-. замкнутых экологических системах и их внедрению.
В рамках дорожно-исследовательской лаборатории, в статусе головной организации по нормированию выбросов вредных веществ в атмосферу и сбросов в водные объекты Минавтодора РСФСР, автор, как исполнитель принимала участие в обследовании более 200 предприятий дорожно-транспортного комплекса.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 56 работах, включая 10 монографий, 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ и 16 публикаций без соавторов. Кроме того, основные результаты исследований автора были использованы при разработке "Стратегия развития дорожного хозяйства Воронежской области до 2015 г.".
Отдельные результаты исследований включены в отраслевую дорожную методику «Методические рекомендации по очистке и нейтрализации загрязнения грунтов придорожной полосы нефтепродуктами», утверждённую Российским дорожным агентством (распоряжение №140-р от 13.07.2000 г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций. Материалы диссертации изложены на 459 страницах, включая иллюстрационный материал и приложения.
Автомобилизация и социально-экономическое развитие
Стремление к экономическому и социальному развитию отдельных государств является причиной интенсификации обмена информацией, товарами и услугами, технологиями, материальными и финансовыми ресурсами, культурными ценностями по установленным и расширяющимся коммуникационным каналам с использованием всех видов магистральных путей сообщения. Растет товарообмен между государствами, отдельными регионами, увеличиваются объемы перевозок сырья, промежуточных продуктов переработки, готовой продукции, продуктов питания, предметов непроизводственной инфраструктуры и др. Грузовой и пассажирский транспорт играет незаменимую роль в расширенном воспроизводстве товаров и услуг. Для ускорения накопления капитала и сокращения продолжительности инновационных циклов производства товаров и услуг, снижения транспортных затрат в себестоимости товаров, удовлетворения возрастающей покупательной способности потребителей необходимо уменьшать затраты времени на нахождение грузов и пассажиров в транспортном процессе, увеличивать скорость движения товаров как в межрегиональных, так и в локальных транспортных сетях.
При этом необходимо учитывать, что с ростом промышленного производства и повышением жизненного уровня ускоренно растет мобильность и подвижность населения, объемы и дальность пассажирских перевозок, в значительной мере определяющие социально-экономическое развитие общества. Мобильность товаров, подвижность населения, транспортная доступность, зависящие от площади территории, природно-климатических факторов, численности и структуры автомобильного парка, конфигурации и протяженности дорожной сети, во многом определяют эффективность работы экономической системы государства и социальные условия жизни населения.
Анализ особенностей автомобилизации в России свидетельствует, что объем перевозок грузов автомобильным транспортом и грузооборот до 1998 г. постоянно снижались, что является реакцией на снижение объемов производства промышленной продукции в связи со структурными преобразованиями в экономике России. Эти еще не законченные преобразования заключаются в переходе от системы производства, основанной на преобладании отраслей минерально-сырьевого и перерабатывающего комплексов, подкрепленной технологическим монополизмом и усугубленной дефицитностью важнейших видов материальных ресурсов, к системе, в которой преобладают экономически обособленные субъекты хозяйствования, выпускающие конечную продукцию производственного цикла. Такие преобразования невозможны без интенсивного развития грузового автотранспорта. Сопоставление объемов ВВП и транспортной работы свидетельствует о том, что снижение ВВП в рассматриваемый период сопровождалось очевидным снижением уровня мобильности товаров (рисунок 1.1).
Наибольшие значения коэффициентов мобильности товаров (перевозимости продукции автомобильным транспортом) - 2 и более - характерны для отраслей машиностроения, пищевой промышленности, сельского хозяйства, строительных материалов. Коэффициент перевозимости 1 имеют металлургия, нефтепереработка, лесная и химическая промышленности; 0,5 - электроэнергетика, нефтяная и газовая промышленности.
Одной из особенностей автомобилизации последнего десятилетия в России стали интенсивный рост парка легковых автомобилей.
В крупных городах уровень автомобилизации приблизился к 250 авт. на 1000 жителей (один автомобиль на семью), т.е. к нормативу, базирующемуся на социально обусловленных параметрах «качества жизни» в части транспортной доступности мест приложения труда, отдыха, качества перевозок. Интенсивный рост парка автомобилей в личном пользовании граждан существенно повышает подвижность населения, доступность товаров и услуг, уровень комфорта, дает ощущение свободы и уверенности, способствует снижению безработицы и стрессов, имеющих социально-экономические причины.
Росту автомобилизации способствует наметившаяся тенденция перехода к дисперсному, преимущественно посемейному, расселению людей, что также обуславливает ускоренное развитие парка легковых АТС. Общественный пассажирский транспорт в этих условиях все больше ориентируется на выполнение вспомогательных функций в городской и региональной инфраструктурах, хотя сегодня он продолжает нести основную нагрузку по перевозке пассажиров. Объемы перевозок пассажиров и пассажирооборот несмотря на экономическую стагнацию оставались практически на одном уровне. Однако рост парка автомобилей преимущественно в крупных городах привел к возникновению комплекса социально-экономических и экологических проблем, которые постоянно обостряются.
Темпы роста автомобильного парка значительно опережают темпы роста протяженности дорог. Общая протяженность дорог в России составляет примерно 920 тыс. км, что, по данным Росавтодора, на 50 тыс. км меньше, чем требуется. Развитие дорожной сети однозначно влияет на прирост ВВП и для России имеет следующие особенности:
Учет ровности и шероховатости дорожных покрытий в тяговых расчетах
Технико-экономические характеристики дороги, ее отдельных элементов, вариантов дорог, вариантов организации движения потоков в значительной степени определяются режимом движения автомобиля.
Одним из основных режимов, существенно влияющим на показатели движения автомобиля, является режим тягового усилия, который описывается дифференциальным уравнением (2.1). Входящий в уравнение (2.1) динамический фактор вычисляют по формуле где N - мощность двигателя в л.с, зависящая от частоты вращения коленчатого вала двигателя, п (об/мин); гт - КПД трансмиссии.
Используя предложения и исследования Д.П. Великанова [24, 25], Р.П.Лахно [75], можно существенно упростить метод решения уравнения (2.8), значительно расширить границы его применения, применить результаты и методику расчёта для определения других важных показателей движения. Сущность этих предложений основана на том, что закономерности изменения мощностных и экономических показателей двигателей в зависимости от частоты вращения являются общими для всех карбюраторных двигателей, устанавливаемых на современных автомобилях. Несколько иные, но общие в своём классе, аналогичные закономерности свойственны современным дизельным автомобильным двигателям. 100 % подаче топлива соответствуют внешние скоростные характеристики, любой другой подаче топлива -частичные характеристики.
Движение нескольких скоростных групп автомобилей по однополосной дороге без обгона
Для описания вероятностных характеристик движения автомобиля типа v (имеющего при .свободном движении скорость в пределах v, v+Av) достаточно знать P(v) - вероятность свободного движения этого автомобиля.
Моделирование движения автомобиля процессом Маркова позволяет составить дифференциальные уравнения, решение которых дает искомую вероятность при различных режимах движения потока. Поток автомобилей поделим на достаточно большое число скоростных групп с интервалом скорости Av. Выберем конкретный автомобиль, который принадлежит к j-й скоростной группе и имеет скорость в пределах Vj, Vj+Av. В некоторой точке х дороги вследствие ограничения обгонов встречным потоком, автомобиль типа Vj может иметь скорость в пределах Vj, Vj+ Av.
В соответствии, с терминологией процессов Маркова можно сказать, что автомобиль типа j в точке х находится в состоянии к=1, 2, 3, j, то есть в точке х автомобиль типа j имеет скорость в пределах vK, vK+ Av. Введем состояние m, которое обозначает ситуацию обгона. Возможные переходы из состояния в состояние представлены на рисунке 3.12. Вероятность перехода Pj,r на участке от х до х+Ах из состояния і в состояние г согласно теории Маркова определяется уравнением где Mj r - плотность перехода из состояния і в состояние г. Плотности переходов зависят от условий движения автомобиля в потоке. Величина, обратная плотности перехода, - это средний путь, который проходит автомобиль, ожидая перехода из состояния і в состояние г. В случайных процессах плотности Мі;Г - это параметр потока случайных событий, переводящих автомобиль из состояния і в состояние г. В Марковских процессах Mi r - параметр простейшего потока, обладающего свойствами стационарности, отсутствия последствия и ординарности.
Потоки случайных событий, переводящих автомобиль из состояния в состояние, в достаточной степени обладает указанными свойствами и предлагаемое ожидание процесса движения автомобиля в транспортном потоке достаточно близко к Марковскому процессу.
Свойство стационарности предполагает неизменность интенсивности потока и достаточную длину участка дороги с постоянными дорожными условиями. В этом случае количество событий определенного потока не зависит от месторасположения автомобиля на участке дороги. Практически все исследователи транспортных потоков явно или неявно считали их стационарным на некоторых участках дороги и в некоторые ограниченные периоды времени. Можно считать, опираясь на этот опыт, что потоки стационарны в часовые интервалы времени на участках дороги примерно с постоянными дорожными условиями (количество полос, состояние покрытия, продольный уклон и др.).
Специалистами исследования операций показано, что нарушением последействия можно пренебречь при малой интенсивности случайных потоков, переводящих элемент из одного состояния в другое.
В предложенном описании процесса движения автомобиля в потоке плотности Mi,, потоков, переводящих автомобиль типа j из состояния і в состояние г очень малы. Плотности Mir определяются количеством автомобилей типа г, которое равно Xf(vr)Av (здесь X - плотность всего потока автомобилей). Так как Av достаточно малая величина, то плотности М;г невелики.
Автомобили типа г, которые последовательно догоняют исследуемый автомобиль типа j, расположены на дороге очень далеко друг от друга и поэтому взаимно независимы. Автомобиль типа j догоняет автомобиль типа г в последовательные моменты времени, независящие друг от друга.
Такое описание процесса движения автомобиля в потоке позволяет считать, что в предложенной модели процесса последствие отсутствует.
Поскольку водитель автомобиля типа j взаимодействует в последовательные моменты времени только с одним автомобилем типа г, то поток событий, переводящий автомобиль типа j в состояние г, обладает свойством ординарности.
Таким образом, потоки событий, показанные на графе переходов (рисунок 3.12), достаточно близки к простейшим пуассоновским потокам, а предложенная вероятностная модель может быть описана марковским случайным процессом.
