Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблем проектирования автомобильных дорог с учетом различия климата и погоды, и их влияние на условия и безопасность движения 16
1.1 Анализ влияния погодно-климатических факторов на системы комплекса водитель-автомобиль-дорога-среда (ВАДС) и влияние характерных периодов по условиям движения 16
1.2. Роль состояния автомобильных дорог в обеспечении удобства и безопасности движения в неблагоприятные периоды года 24
1.3. Влияние состояния дорог и пого дно-климатических условий на дорожно-транспортные происшествия 28
1.4. Анализ методов проектирования дорог и обеспечения транспортно-эксплуатационных характеристик в процессе эксплуатации 35
1.5. Выводы по главе 43
2. Системный подход к исследованию взаимодействия комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда» 48
2.1. Комплекс ВАДСкая двухуровневая децентрализованная система обслуживания. Формирование целевого функционала 48
2.2. Формирование модели проектирования системы «дорожные условия -транспортные потоки» и пути ее реализации 58
2.3. Уровни управления функционированием автомобильно-дорожной системой и дорожным движением 71
2.4. Основная диаграмма транспортного потока как рабочая модель управления системой ДУ-ТП 81
3. Теоретические основы проектирования лесовозных автомобильных дорог, обеспечивающих заданный уровень расчетных скоростей движения в неблагоприятных пого дно-климатических условиях з
3.1. Методика оценки и прогнозирования влияния дорожных и метеорологических условий на режим движения автомобилей 91
3.2. Оценка влияния на скорость движения постоянных параметров плана и профиля при различных состояниях поверхности дороги 100
3.3. Оценка влияния переменных параметров и транспортно эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог на допустимую скорость движения 111
3.4. Оценка влияния отдельных метеорологических факторов на обеспеченность расчетной скорости. Основные требования к параметрам и транспортно - эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог 126
3.5. Методика и обоснованный показатель оценки и прогнозирования современного влияния метеорологических условий и климата, параметров лесовозной автомобильной дороги и ее состояния на обеспеченность расчетных скоростей 135
4. Комплексные экспериментальные исследования изменения параметров и характеристик дорожных условий, транспортных потоков и режимов движения под влиянием климата и погоды 152
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 152
4.2. Состояние поверхности дорог и метеорологические условия по периодам года 158
4.3. Изменения ширины проезжей части и обочин по сезонам года 170
4.4. Сцепные качества и ровность покрытий при различных состояниях лесовозных автомобильных дорог и условиях погоды 181
4.5. Сезонные изменения интенсивности и состава движения 188
4.6. Влияние параметров и состояния дорог на скорость движения автомобилей 194
4.7. Скорость движения во время действия отдельных метеорологических факторов 208 4.8. Влияние состояния дорог и условий погоды на пропускную
способность 213
5. Практические основы проектирования лесовозных автомобильных дорог с учетом влияния климата и погоды на удобство и безопасность движения 231
5.1. Принципы районирования территории страны по условиям движения на лесовозных автомобильных дорогах 231
5.2. Методика оценки и прогнозирования условий и безопасности движения на лесовозных автомобильных дорогах по сезонам года 236
5.3. Пути оптимизации системы ДУ-ТП при проектировании лесовозных автомобильных дорог 244
6. Разработка и обоснование требований к параметрам, транспортно-эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог и к системам управления движением с учетом влияния климата и погоды 260
6.1. Разработка и обоснование требований к параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог.. 260
6.2. Требования к назначению шероховатости и выбору мероприятий по обеспечению сцепных качеств дорожных покрытий 278
6.3. Анализ требований к параметрам и транспортно- эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог 288
6.4. Требования к системам управления функционированием лесовозных автомобильных дорог и дорожным движением 292
6.5. Основные положения стратегии управления функционированием дорог и дорожным движением 305
Выводы 317
Библиографический список 324
Приложения 3
- Влияние состояния дорог и пого дно-климатических условий на дорожно-транспортные происшествия
- Уровни управления функционированием автомобильно-дорожной системой и дорожным движением
- Оценка влияния переменных параметров и транспортно эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог на допустимую скорость движения
- Требования к назначению шероховатости и выбору мероприятий по обеспечению сцепных качеств дорожных покрытий
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современные лесовозные автомобильные дороги представляют собой сложные и дорогостоящие инженерные сооружения, рассчитанные на многие годы бесперебойной работы. Они строятся и эксплуатируются во всех природно-климатических зонах и предназначены для обеспечения непрерывного, удобного и безопасного движения с высокой экономической эффективностью работы автомобильного транспорта при рациональных затратах на ремонт и содержание дорог. Для успешного выполнения этих функций дорожная сеть должна быть развитой и технически совершенной: иметь высокие технические параметры и транспортно-эксплуатационные характеристики, современное инженерное оборудование, обустройство и организацию движения.
Транспортно-эксплуатационные качества дорог, режим, удобства и безопасность движения непрерывно изменяются. Эти изменения происходят под влиянием возрастающей интенсивности и грузонапряженности движения, эксплуатационных и ремонтных предприятий, сезонных особенностей состояния дорог, обусловленных природно-климатическими факторами, а также под влиянием кратковременного воздействия погодно-метеорологических явлений.
Соответствие методов проектирования дорог, их содержания и организации движения современным требованиям может быть оценено анализом удобства и безопасности движения в неблагоприятные периоды года.
Рассматривая совокупность метеорологических и природно-климатических факторов, необходимо отметить некоторые особенности воздействия на функционирование комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда» (ВАДС). Они заключается в том, что часть метеорологических элементов влияет одновременно на все или несколько систем, а остальные – только на отдельные системы или подсистемы комплекса.
Работа выполнялась автором в соответствии со Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Мин-промторга России и Минсельхоза России от 31 октября 2008 г. №248/482).
Степень разработанности проблемы. С увеличением количества автомобилей на дорогах появилась необходимость обеспечить пропуск транспортных потоков различной интенсивности, для чего потребовалось изучение взаимодействия системы «дорожные условия – транспортные потоки». Исследованиям этих проблем посвящены работы проф. А.К. Бирули, М.Ю. Смирнова, В.Ф. Бабкова, М.С. Замахаева, А.Е, Страментова, Л.А. Полякова, Я.В. Хомяка, Н.Ф. Хорошилова, Д.А. Вулиса, Е.В. Кондрашовой, А.Н. Заикина, М.Ф. Смирнова, Ю.С. Крылова, Л.А. Кероглу, В.В. Сильянова, Е.М. Лобанова, А.В. Скрыпнико-ва, а также А. Янте, Т.М. Метоона, Уолкера и других, трудами которых созданы основы теории движения транспортных потоков в различных дорожных условиях.
В связи с повышением динамичности автомобилей и совершенствованием дорог возросли скорости движения, что повысило роль человека-водителя в выборе оптимальных режимов и в обеспечении безопасности движения. Следовательно, одним из перспективных путей повышения эффективности работы
лесовозного автомобильного транспорта является исследование взаимодействия системы «водитель-условия движения». Этому посвящены работы В.А. Варламова, И.В. Бегма, Э.В. Гаврилова, У.М. Лобанова, В.К. Курьянова, А.А. Камусина, В.В. Полизенцева, В.В. Суходоева, а также Э. Бена, И. Госковец, И. Штикар и др. Выполненные исследования показывают, что поскольку главным звеном в процессе взаимодействия комплекса ВАД является человек-водитель, требования к параметрам дорог должны исходить из условий создания наиболее благоприятных условий для работы водителя. С учетом этих требований ведутся разработки методов ландшафтного и пространственного проектирования автомобильных дорог, чему посвящены труды В.Ф. Бабкова, И.В. Бегма, Б.С. Томаревской, Н.П. Орнатского, П.Я. Дзениса и др.
Системному исследованию эксплуатационных свойств элементов комплекса “автомобиль – водитель - дорога” посвящены работы В.Н. Иванова, П.Ф. Самойлова и других, которые направлены на совершенствование организации и управления всего транспортного процесса.
Анализ работ ряда авторов показывает, что взаимодействие автомобиля и дороги рассматривается как сложный комплекс, анализ которого позволяет определить воздействие движущихся автомобилей на дорожную одежду, а также влияние погодно-климатических условий на состояние дорог. Различными авторами предложены многочисленные показатели эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог, каждый из которых оценивается соответствующим коэффициентом. К числу этих показателей относятся скорость движения, непрерывность движения по дороге, прочность и ровность дорожной одежды, сцепные качества, интенсивность движения и другие. Разработана классификация дорожно-ремонтных работ и периодичность их проведения, которая учитывает изменение состояния дорог под воздействием автомобильного движения и сезонное состояние дорог под влиянием погодно-климатических факторов. На основе комплекса объективных показателей разработана методика оценки эффективности дорожно-ремонтных работ.
Однако в работах не приводятся обоснованные нормативные требования ко многим транспортно-эксплуатационным показателям лесовозных автомобильных дорог в процессе эксплуатации. Так, не установлены требования к минимально допустимым скоростям движения транспортного потока и одиночного автомобиля, пропускной способности и уровня безопасности, непрерывности проезда в зависимости от категории дороги и погодно-климатических условий. Не обоснованы и не дифференцированы по категориям дорог требования к таким важнейшим показателям, как ровность, сцепные качества покрытий и коэффициент сопротивления качению, требования к эффективной ширине проезжей части и обочин, которые существенно влияют на скорость, безопасность и себестоимость перевозок. При проектировании дорог не анализируются изменения указанных показателей в процессе эксплуатации, не предусматривается никаких специальных мер для их обеспечения.
Большие работы ведутся по изучению влияния дорожных условий на количество дорожно-транспортных происшествий. В указанных методах учиты-
ваются влияния на безопасность движения только некоторых отдельных метеорологических факторов.
Цель исследований. Разработка методов повышения эффективности и надежности функционирования комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда» путем управления транспортно-эксплуатационными характеристиками лесовозных автомобильных дорог на стадии проектирования, а также методов управления состоянием дорог и дорожным движением в процессе эксплуатации дорог с учетом природно-климатических условий конкретных регионов.
Задачи исследований:
1. Разработать теоретические основы повышения эффективности функци
онирования комплекса ВАДС и прежде всего системы «дорожные условия -
транспортные потоки».
2. Обосновать требования к параметрам и транспортно-
эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог исходя
из закономерностей их изменения в различных погодных условиях и влияния
указанных изменений на режим движения транспортных потоков.
-
Разработать требования к содержанию и управлению функционированием лесовозных автомобильных дорог в различных условиях эксплуатации.
-
Обосновать влияние погодно-климатических факторов на изменение параметров и транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных лесовозных дорог и параметры транспортного потока.
-
Провести комплексные экспериментальные исследования изменения параметров и характеристик дорожных условий, транспортных потоков и режимов движения под влиянием климата и погоды.
-
Обосновать роль и место современных технических средств и методов оперативного управления дорожным движением и функционированием лесовозных автомобильных дорог и, в том числе, систем автоматизированного управления и их составляющих как средств гибкого учета и реагирования на изменяющуюся обстановку в процессе эксплуатации лесовозных автомобильных дорог.
Предмет и объект исследования.
Предметом исследования являются механизмы, методы, математические модели и алгоритмы, процесс функционирования лесовозных автомобильных дорог.
Объектом исследования являются участки лесовозных автомобильных дорог, транспортные потоки, погодно-климатические условия.
Методы исследований. Для получения и обработки данных использовались следующие методы: имитационное моделирование процесса функционирования системы «автомобиль-дорога-среда», теоретические положения в области эксплуатации дорог, методы системного анализа и теории исследования операций, натурные наблюдения и эксперимент. Обработка результатов производилась методами математической статистики: теория вероятностей, регрессионный и корреляционный анализы.
Научная новизна. Результатами диссертационной работы, обладающими научной новизной, являются:
-
Обосновано новое, перспективное направление повышения эффективности функционирования автомобильно-дорожной системы путем комплексного управления техническими параметрами и транспортно-эксплуатационными характеристиками лесовозных автомобильных дорог, а также дорожным движением, отличающееся учетом влияния погоды и климата на всех стадиях создания и функционирования автомобильных лесовозных дорог и в первую очередь на стадии проектирования.
-
Математическая модель комплексного создания и управления функционированием лесовозной автомобильной дороги, отличающаяся обеспечением расчетных условия движения в процессе всего периода эксплуатации дороги независимо от периода года и погодно-климатических условий.
3. Модель изменения геометрических параметров и транспортно-эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог при различных их состояниях в характерные периоды года, отличающаяся высокой точностью определения параметров лесовозной автомобильной дороги при неблагоприятных метеорологических явлениях.
-
Модель определения влияния погодно-климатических условий на режим движения автомобилей, движущихся свободно или в связанном транспортном потоке, отличающаяся обоснованием мероприятий, направленных на повышение скоростей движения в неблагоприятные периоды года.
-
Методика комплексного обследования лесовозных автомобильных дорог и режимов движения по периодам года, полученная на основе проведения экспериментальных исследований, отличающаяся учетом ширины и состояния проезжей части, краевых переходных полос и обочин.
-
Математическая модель процесса управления функционированием лесовозной автомобильной дороги и дорожным движением, отличающаяся учетом основных и вспомогательных показателей и критериев управления в различных условиях.
Значимость для науки. Получены новые зависимости, отражающие закономерности функционирования сложной системы «дорога-среда», способы повышения эффективности и надежности функционирования комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда». Теоретическая значимость заключается в определении закономерностей изменения дорожной обстановки с учетом природно-климатических факторов, разработке аналитического, методологического обеспечений системы «водитель-автомобиль-дорога-среда».
Практическая значимость работы. Предложенные на основе теоретико-экспериментальных работ модели и рекомендации позволяют:
прогнозировать развитие основной сети автомобильных лесовозных дорог высших технических категорий и сети лесовозных автомобильных дорог на базе прогнозов развития грузовых и пассажирских перевозок и учета особенностей работы дорог в различных регионах;
повысить технический уровень вновь строящихся и существующих лесовозных автомобильных дорог и их инженерного оборудования на основе углубления исследований взаимодействия комплекса ВАДС;
повысить уровень содержания и ремонта лесовозных автомобильных дорог в целях сокращения колебаний транспортно-эксплуатационных характеристик и состояния дорог в неблагоприятные периоды года и в неблагоприятных метеорологических условиях;
повысить уровень организации и оперативного управления планированием сети дорог и дорожным движением.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Метод повышения эффективности функционирования автомобильно-дорожной системы, позволяющий путем комплексного управления техническими параметрами и транспортно-эксплуатационными характеристиками лесовозных автомобильных дорог, а также дорожным движением, учитывать влияния погоды и климата на всех стадиях создания и функционирования автомобильных лесовозных дорог и в первую очередь на стадии проектирования.
-
Математическая модель комплексного создания и управления функционированием лесовозной автомобильной дороги, позволяющая выявлять пути повышения надежности и эффективности функционирования системы дорожные условия - транспортные потоки.
3. Модель изменения геометрических параметров и транспортно-
эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог при раз
личных их состояниях в характерные периоды года, позволяющая определить
транспортно-эксплуатационные характеристики лесовозных автомобильных
дорог при неблагоприятных погодных условиях, а также длительность после
действия метеорологических факторов.
-
Модель определения влияния погодно-климатических условий на режим движения автомобилей, движущихся свободно или в связанном транспортном потоке, позволяющая обосновать экономически целесообразные уровни загрузки лесовозных автомобильных дорог различных категорий по периодам года.
-
Методика комплексного обследования лесовозных автомобильных дорог и режимов движения по периодам года, позволяющая определить допустимые пределы колебаний и экономически целесообразные значения основных параметров для каждой климатической зоны.
-
Математическая модель процесса управления функционированием лесовозной автомобильной дороги и дорожным движением, позволяющая повысить эффективность функционирования комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда».
Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие на всех этапах работы: обоснование актуальности выбранной темы, формулировка цели и задач исследований, а также научной гипотезы для их решения, выбор и разработка новых математических моделей методов их реализации, составление программы проведения экспериментов и анализа полученных эмпирических данных, разработке и внедрении практических рекомендаций. Научные положения обобщены в форме выводов и рекомендаций по использованию результатов исследований.
Соответствие диссертационной работы паспорту научной специальности. Результаты, выносимые на защиту, относятся к пункту 15 – Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений (паспорт специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства).
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена:
применением аналитических, экспериментальных методов исследований;
использованием методов математической статистики при планировании экспериментов и обработке их результатов;
достоверностью выполненных исследований, подтверждающейся достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, малой погрешностью опытных данных, не превышающей 3…5%; доверительной вероятностью не менее 90% у полученных закономерностей.
Реализация работы. Основные научные разработки внедрены: Центр дорожно-мостового проектирования «Магистраль» (Воронежская область, город Воронеж, 2014 г., для моделирования движения лесовозного автопоезда с использованием статистических характеристик лесных автомобильных дорог), ООО «Джелато» (Воронежская область, город Воронеж, 2015 г., для улучшения технико-экономических показателей запроектированной трассы), ООО «Пиксель» (Воронежская область, город Воронеж, 2016 г., для повышения точности измерений при трассировании), ООО «Ремонтно-строительная компания «Альфа» (Воронежская область, город Воронеж, 2016 г., для определения проектных элементов трассы, при решении задач выбора процесса изыскания лесных автомобильных дорог), ЧОУ ДПО «Учебный центр «Автопилот» (Воронежская область, город Воронеж, 2017 г., для имитационного моделирования с учетом влияния срока службы и условий хранения автотранспортных средств), ООО «Гиперборея» (Воронежская область, город Воронеж, 2017 г., путем использования автоматического информационного устройства, установленного на участках дорог с ограниченной видимостью), ООО «АТЛАНТИДА» (Воронежская область, город Воронеж, 2017 г., для отбора проб грунта земляного полотна и определения его физико-механических показателей (гранулометрический состав, влажность, число пластичности), вскрытие дорожной одежды и измерение толщины конструктивных слоев), ООО «КВиК» (Воронежская область, город Воронеж, 2017 г., путём разработки планировочных мероприятий).
Разработанные математические модели и программы для ЭВМ, реализующие эти модели, используются в учебном процессе: ФГБОУ ВО «Ухтинский государственный технический университет», ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет».
Апробация результатов работы. Результаты работы обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Влияние науки на инновационное развитие» (г. Самара, 2015 г.), «Новая наука: Теоретический и практический взгляд» (г. Стерлитамак, 2015 г.), «Новая наука: Современное состояние и пути развития» (г. Стерлитамак, 2015 г.), «Наука и образование в совре-
менных условиях» (г. Воронеж, 2016 г.), «Современные научно-практические решения XXI века» (г. Воронеж, 2016 г.), «Наука вчера, сегодня, завтра» (г. Воронеж, 2016 г.), «Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в различных режимах движения» (г. Воронеж, 2017 г.).
Публикации. Результаты исследований отражены в 60 научных работах, общим объемом 30 п.л. (авторский вклад – 28 п.л.), из них 2 монографии (авторский вклад - 8 п.л.), 21 статья в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России (авторский вклад – 6,2 п.л.), 1 статья в журнале Scopus (авторский вклад – 0,2 п.л.).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, библиографического списка из 311 наименований. Основные материалы диссертации изложены на 405 страницах машинописного текста, содержит 44 таблицы, 80 рисунков и приложения.
Влияние состояния дорог и пого дно-климатических условий на дорожно-транспортные происшествия
При проектировании дорог не производится сравнение вариантов обеспечения требуемого состояния ее поверхности в зимних условиях различными сочетаниями конструктивных и эксплуатационных мероприятий, не оценивается возможность и вероятность образования гололеда и снежного наката в дорожных покрытиях и не предусматривается никаких мер по их предупреждению и ликвидации.
Во многих работах отмечаются значительные трудности зимнего содержания дорог на участках кривых малого радиуса в плане, на узлах примыканий и пересечений в одном и разных уровнях и в других стесненных условиях [24, 68, 69, 108, 116, 192, 249]. Это обосновывает необходимость исследования влияния геометрических элементов дорог и их сочетаний на состояние дорог и режимы движения в сложных погодных условиях.
Схемы установки дорожных знаков, разметки, конструкции ограждений, направляющих устройств и другого инженерного оборудования приняты одинаковыми для всей территории страны, для всех периодов года и климатических условий [200]. Не учитывается то, что направляющие столбики, тумбы и парапеты, дорожные знаки, установленные в пределах земляного полотна, способствуют снежным заносам и мешают снегоочистке, приводят к сужению поверхности дороги.
Назначение оптимальных скоростей движения транспортных потоков в реальных условиях движения посвящены многочисленные исследования [23, 53, 153, 154, 167, 201, 208, 218, 237, 240, 295], которые отражают большой накопленный опыт организации и управления движением и в концентрированном виде включены в ряд нормативно-технических документов.
Указанные исследования охватывают весьма широкий круг дорожных условий, различные сочетания геометрических элементов дорог, интенсивности и состава движения. Однако, подавляющая часть наблюдений выполнена в летний период года, в наиболее благоприятных погодных условиях исключением являются исследования режимов эксплуатации лесовозных автопоездов в тяжелых дорожных условиях в зимний и осенне-весенний периоды года [70, 76, 223, 236, 238, 241, 272]. Они посвящены исследованию работы автомобилей в условиях бездорожья и не касаются режимов движения транспортных потоков.
В связи с этим необходимо изучить режимы движения одиночных автомобилей и транспортных потоков во время действия отдельных метеорологических факторов и их сочетаний в различные периоды года. Это тем более важно, что произошел определенный прогресс в развитии методов, систем и технических средств управления движением.
Появились знаки со сменной информацией, управляющие знаки, автоматические системы сбора информации о транспортных потоках, начали внедряться автоматизированные системы управления движением на автомагистралях с использованием ЭВМ, телевизионных устройств, управляемых дорожных знаков, различных приборов для сбора информации о параметрах дорог и метеорологических условиях.
Большие работы ведутся по изучению влияния дорожных условий на количество дорожно-транспортных происшествий. Особое значение имеют разработанные Бабковым В.Ф. методы оценки безопасности движения на автомобильных дорогах по коэффициентам аварийности и коэффициентам безопасности [16, 101, 126, 154, 279]. Хорошилов Н.Ф. предложил для оценки вариантов проектных решений плана и профиля дорог использовать коэффициенты «относительной безопасности», обратные по величине «коэффициенты аварийности» [225, 252, 245, 297]. В указанных методах учитываются влияния на безопасность движения только некоторых отдельных метеорологических факторов.
Представляет интерес попытка разработать метод оценки влияния всех систем комплекса В АД С на безопасность движения. Многофакторная модель дорожно-транспортных происшествий, связанных с погодно-климатическими условиями, предложена Тохтаевым Т.А.. На примере анализа ДТП им получено уравнение множественной корреляции, связывающее количество ДТП с девятью факторами, которое не может считаться исчерпывающим, так как не включает многие важные элементы и параметры дорог. Таким образом, необходимость учета влияния погодно-климатических условий на безопасность движения остается актуальной.
Требуют уточнения и некоторые вопросы технико-экономических обоснований капиталовложений в дорожное строительство в различных климатических зонах [149].
Основным источником экономической эффективности строительства автомобильной лесовозной дороги является сокращение времени доставки лесоматериалов и пассажиров за счет увеличения скоростей движения автомобилей [20, 166, 206, 207, 220]. Расчеты эффективности основаны на определении себестоимости перевозок до и после строительства дороги, причем себестоимость связана, прежде всего, с типом покрытия проезжей части, в зависимости от которого принимается и расчетная скорость. Скорость движения и себестоимость перевозок в технико-экономических расчетах принимаются для летних условий движения и считаются постоянными в течение всего года, что не соответствует действительности. Необходима разработка методики учета в технико-экономических расчетах влияния погодно-климатических факторов на состояние дорог и условия движения.
Уровни управления функционированием автомобильно-дорожной системой и дорожным движением
Нормальные условия движения в этом случае наблюдаются при толщине слоя снега до 60 мм. При нерегулярном профилировании или при удалении снега с поверхности бульдозерами зависимость ровности их толщины снежного покрова описывается уравнением SC(j, =300 + 7,5/ісм, а нормальные условия движения наблюдаются при толщине слоя снега не более 10 мм. В среднем толщина снежного слоя не должна превышать 20 -30 мм по условиям ровности.
Стоит отметить, что, хотя при небольшой толщине слоя уплотненного снега ровность меняется незначительно, на дорогах I-III категорий снег все равно должен быть удален с покрытия полностью, чтобы обеспечить требуемые сцепные качества. На дорогах IV-V категорий толщина плотного слоя снега не должна быть более 60 мм при условии постоянного профилирования и полной очистки снега на участках подъемов и спусков.
Таким образом, предложенная методика позволяет определить участки первоочередной защиты лесовозных автомобильных дорог от снежных заносов и очистки от снега. Кроме того, при помощи этой методики могут быть обоснованно установлены ограничения скоростей движения на участках дорог в зависимости от их состояния и условий погоды.
Оценка влияния отдельных метеорологических факторов на обеспеченность расчетной скорости. Основные требования к параметрам и транспортно - эксплуатационным характеристикам лесовозных автомобильных дорог
В п.п. 3.2 и 3.3 дана оценка влияния на скорость движения метеорологических факторов, действующих на функционирование систем Б-А-Д через состояние дороги. На основании этой оценки при проектировании лесовозных автомобильных дороги имеется возможность используя погодно-климатические характеристики, прогнозировать режим движения на каждом элементе дороги и разрабатывать необходимые мероприятия для обеспечения принятых расчетных скоростей.
Однако при проектировании лесовозных автомобильных дорог необходимо также разрабатывать инженерные решения для обеспечения указанных скоростей при действии метеорологических явлений, влияющих на функционирование систем Б-А-Д через водителя и через автомобиль.
К таким факторам относится метеорологическая дальность видимости и ветер. Механизмы воздействия этих явлений на условия и режим движения и предлагаемые мероприятия по снижению отрицательного воздействия указанных явлений детально рассмотрены в работах [18, 41, 52, 170, 183, 191], в которых изложены также данные о распределении вероятностей появления тумана или воздействия ветра в различных районах.
Разработанная методика позволяет оценить влияние метеорологической видимости и ветра на обеспеченность расчетных скоростей. Максимальная допустимая скорость движения при заданной метеорологической дальности видимости с некоторым допущением может быть определена по формуле вычисления остановочного пути перед препятствием на лесовозной автомобильной дороге. L = lp+lT+l0 (3.24) где /р - путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, м; /т - путь торможения, м; /о - расстояние безопасности, равное 5 - 10 м. Допущение заключается в разнице понятий метеорологической дальности зависимости и видимости поверхности дороги. Метеорологической дальностью видимости (МДВ) называется наибольшее расстояние, на котором при данной прозрачности атмосферы 128 абсолютно черный объект с угловыми размерами не менее 20 , проектирующейся на фоне неба вблизи горизонта, сливается с фоном и становится невидимым [41, 52, 183]. Дальностью видимости поверхности дороги (геометрическая видимость), считается расстояние, на котором водитель может увидеть лежащий на покрытии предмет. При этом не оговариваются угловые размеры предмета, его цвет и фон, на котором наблюдается данный предмет, хотя от этих характеристик во многом зависит расстояние самого предмета.
Влияние ограниченной геометрической видимости на скорость движения остается почти постоянным в течение длительного времени, за исключением участков ограничения видимости из-за снежных отложений и снежных валов и распространяется на сравнительно короткие участки дороги.
Метеорологическая дальность видимости бывает ограничена реже, но охватывает большие протяжения дорог одновременно.
Исследованиям влияния геометрической видимости на скорость и безопасность движения посвящено большое количество работ [18, 41, 52, 183, 191, 220], из которых следует, что скорость движения заметно снижается при видимости встречного автомобиля менее 600-700м, и при видимости поверхности дороги менее 250-300м.
Исследования влияния метеорологической дальности видимости на режим движения отражены в работах [183, 191, 220] и показали, что скорость движения начинает снижаться при метеорологической видимости менее 600-700 м, но особенно снижение скоростей наблюдается при видимости менее 300-350 м. Из формулы определения остановочного пути можно определить степень опасности метеорологических явлений, ограничивающих только видимость, без влияния на коэффициент сцепления и явлений, ограничивающих видимость и снижающих сцепные качества покрытий.
К первым относятся дымка, мгла, дымка гари, пыльные бури и др.; ко вторым - туман, дождь, снег, метель и т.д.
Метеорологическая дальность видимости, входящая в расчетные формулы, может быть получена путем непосредственных измерений или определена расчетным путем, исходя из установленных в метеорологии зависимостей между интенсивностью тумана, дождя, снегопада и др. На рисунке 3.18 приведены полученные путем обработки данных [18, 41, 52] зависимости метеорологической видимости от интенсивности дождя и снегопада. Принимая видимость по границе балла, можно определить коэффициент снижения расчетной скорости при заданной интенсивности осадков и граничные значения для отнесения их к группе по степени опасности.
Оценка влияния переменных параметров и транспортно эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог на допустимую скорость движения
На снежном накатанном и обледенелом покрытии сокращается размах между максимальной и минимальной скоростями по сравнению с размахом скоростей на сухом и мокром покрытии.
Зимой увеличивается количество мест с боковым препятствием для движущихся автомобилей, на которых происходит локальное снижение скорости движения. В этих местах водители резко снижают скорость, что при низком коэффициенте сцепления, характерном для зимы, приводит к возникновению ДТП.
На дорогах с невысокой интенсивностью движения (до 1000 авт./сут.) и продолжительным временем зимнего периода наблюдается значительное сужение чистого покрытия (до 4-3,5 м), на остальной его части бывает слой уплотненного снежного наката или льда. Скорость движения автомобилей на чистом покрытии составляет 75-80 км/ч, в то время как при наличии встречных автомобилей она снижается до 40-45 км/ч из-за необходимости заезда на заснеженную или обледенелую поверхность.
На полностью заснеженной проезжей части при величине коэффициента сцепления 0,15-0,35 автомобили могут развивать скорость до 70 км/ч и выше. Однако такая скорость возможна только при отсутствии помех, которые могут вызвать необходимость в торможении или совершении обгона.
Наблюдения, выполненные зимой на дорогах в различных районах, показывают, что на заснеженном покрытии средние скорости, как правило, не превышают 60 км/ч, на стесненных участках и при наличии неровностей и колей снижаются до 40-50 км/ч.
Наибольшее влияние на скорость движения транспортных потоков оказывает состояние проезжей части. При коэффициенте сцепления 0,2-0,3 средние скорости транспортного потока на 20-25 % ниже, чем при величине коэффициента сцепления 0,5-0,6, а во время гололеда средняя скорость транспортного потока снижается на 40-50%. Характерны в этом случае кривые распределения скоростей потока [24, 249]. Уменьшение размаха свидетельствует о выравнивании скоростей в транспортном потоке. На снежном накатанном покрытии наблюдается значительный разброс скоростей - появляются автомобили, идущие с высокими скоростями. На мокром покрытии кривая распределения близка к нормальной с одинаковым процентом быстро и медленно идущих автомобилей. На сухом покрытии возрастают скорости движения и размах их колебаний.
При гололеде заметно резкое снижение скоростей движения легковых автомобилей, которые становятся близкими к скоростям движения грузовых автомобилей: скорость движения транспортного потока в целом выравнивается и становится более однородной. Режимы движения также существенно изменяются на дорогах весной и осенью при увлажненном покрытии и грязных обочинах, особенно в периоды выпадения осадков.
Ни рисунке 4.12 приведены кривые распределения и кумулятивные кривые скоростей движения легковых и грузовых автомобилей весной, летом и осенью на прямом горизонтальном участке одного из выходов из г. Ухта с проезжей частью шириной 11,5 м, разделенной разметкой на три полосы движения, и укрепленными обочинами. Летом наблюдения проводились при сухом покрытии, ясной и теплой погоды, весной - при ясной погоде, но влажном покрытии на отдельных участках, осенью - в пасмурную погоду и при мокром покрытии. Эти состояния характерны и в целом для рассматриваемых периодов. Анализ наблюдений показывает, что несмотря на высокие транспортно-эксплуатационные качества дороги и достаточно высокий уровень ее содержания, скорости автомобилей колеблются в широких пределах. Так средняя скорость легковых автомобилей летом была на 11-28% выше, чем весной и осенью. Очевидно, что при интенсивности движения значительно меньшей пропускной способности данной дороги, такие низкие скорости могут быть объяснены прежде всего влиянием погодных условий. Заметная разница наблюдалась и в скоростях грузовых автомобилей, которая в переходные периоды снижалась на 15-21%.
Сопоставляя данные об изменении скоростей на дорогах и в летний и в осенне-весенний периоды года, можно с уверенностью утверждать, что величина снижения скоростей в неблагоприятные периоды во многом зависят от технического совершенствования дороги, ее геометрических параметров и, в первую очередь, от типа покрытия и состояния обочин (рисунок 4.12 и таблица 4.10).
Требования к назначению шероховатости и выбору мероприятий по обеспечению сцепных качеств дорожных покрытий
При управлении движением применяется раздельное или совместное ограничение верхнего и нижнего предела скорости и установление рекомендуемой скорости движения. Регламентирование скоростей производится по каждой полосе или по всему направлению в целом.
Ограничение верхнего предела скорости обычно обуславливается требованиями безопасности движения и производится чаще всего при невысокой интенсивности движения. Ограничение нижнего и верхнего пределов скорости способствует созданию равномерного режима движения и применяется в целях повышения безопасности и пропускной способности. Однако, такое ограничение трудно выполнить технически и применяется редко.
Регламентация средней рекомендуемой скорости производится из условия повышения пропускной способности дорог. Окончательный выбор рекомендуемых скоростей производится исходя из общей стратегии и принятых критериев регулирования.
Особенно большие возможности повышения эффективности работы автомобильной дороги и автомобильного транспорта открываются на автомобильных дорогах, оборудованных автоматизированными системами управления движением. В этом случае возрастает роль и значение стратегии и тактики управления.
Разработанные в диссертации методики оценки условий движения, рекомендации и предложения позволяют решать перечисленные вопросы.
Стратегия управления дорожным движением также как и стратегия управления функционированием дорог включает в себя три взаимосвязанные группы управляющих воздействий: - воздействия на дорожные условия с целью обеспечения состояния дороги, удовлетворяющего требованиям движения; - воздействия на организацию движения; - воздействия на транспортный поток и режим движения с целью обеспечения оптимальности режима в данных условиях. В основу стратегии управления дорожным движением на лесовозных автомобильных дорогах могут быть приняты два стратегических положения: - повышение пропускной способности и безопасности движения; - перераспределение транспортных потоков по сети прилегающих дорог.
Главным из них является обеспечение оптимальной пропускной способности и максимальной безопасности путем воздействия на скорость и плотность движущихся потоков и на состояние, обеспечивающее требуемые транспортно-эксплуатационные характеристики.
При разработке стратегии автоматизированного управления движением, режим движения транспортного потока рассматривается как многомерный процесс, для управления которым требуется множество управляющих воздействий, как во времени, так и по длине дороги. В этих условиях оптимальное управление на участке может оказаться иным для других участков, поэтому при выборе стратегии управления необходимо рассматривать координированный набор управлений в целом или для самостоятельных крупных участков, т.е. осуществлять так называемое программное управление [34, 53, 293].
В данном случае программным управлением будет набор координированных управляющих воздействий - вектор u(t), рассчитанный для данного спроса Z(t) на пользование, зависящий от времени t, условий движения и являющийся оптимальным с точки зрения заданного критерия.
Вектор u(t) имеет своими компонентами параметры, характеризующие управление скоростями по полосам и участкам, режимами работы въездов, сменами полос движения, подключениями реверсивных полос и др.
Элементами решения являются рекомендованные скорости по участкам и полосам движения, разрешение или запрещение смены полос, назначение определенных режимов регулирования въездов, указания дорожной службе и т.д. Элементы решения, принятые на очередном шаге управления, т.е. назначенные на время Т, Т + h , в свою очередь, зависят от элементов решения на предыдущем шаге управления, поскольку несогласованное задание управляющих параметров на различных участках может привести к нарушению нормального функционирования лесовозной автомобильной дороги.
Задача нахождения на каждом шаге управления оптимального набора управляющих решений, параметров и команд является главной в системе управления. За шаг или интервал управления целесообразно принять отрезок времени в течение которого значения параметров не меняются.
Важнейшим этапом разработки стратегии управления является формирование математической модели транспортного потока, находящегося под воздействием дорожных и метеорологических условий и средств управления. При этом необходимо учитывать ряд важных особенностей движения транспортного потока, основными из которых для разработки модели управления являются: - плотность транспортного потока, которая является важнейшей фазовой переменной, непосредственно измерена быть не может; - выходные параметры системы, в качестве которых выступает преобразованная информация, доставляемая датчиками движения (скорость, интервалы), представляют собой многомерный случайный процесс с недостаточно изученными статистическими характеристиками; - для ряда важных управляющих команд и прежде всего для рекомендуемых скоростей движения точное выполнение не гарантируется; - спрос на пользование представляет собой случайный процесс, причем, для определения оптимальных управляющих воздействий его необходимо не только оценивать, но и прогнозировать;