Введение к работе
Актуальность темы. Дорожное хозяйство лесного комплекса России о настоящее время находится на сложном этапе развития, но для повышения уровня использования расчетной лесосеки, в 2006 г. Рослссхоз совместно с Росавтодором планирует начать строительство лесных дорог. Проектные решения новых лесных дорог должны отличаться учетом огромного количества факторов, характерных для условий эксплуатации в лесном комплексе и базироваться на достижениях науки, средств и методов систем автоматизированного проектирования (САПР),
Грамотно обоснованные проектные решения обеспечивают оптимальное функционирование процессов нывозки лесоматериалов и транспортного обеспечения технологических процессов и лесохозяйственных мероприятии, что способствует энергосбережению, снижению выбросов в окружающую среду, улучшению условий труда водителей, повышению безопасности движения и тем самым обеспечивает экономический и социальный эффекты реализации новых методов и средств проектирования дорог. Качество принимаемых проектных решений обеспечивается главным образом за счет многовариантного проектирования и целенаправленного поиска оптимального варианта, для выбора которого необходимо иметь комплекс оценочных показателей взаимодействий в системе: «Водитель- автомобиль - дорога -окружающая среда (ВАДС)». Данные оценочные показатели должны адекватно отражать требования к элементам и параметрам дорог и численно рсализовываться средствами современной вычислительной техники с высокой точностью.
Проблема совершенствования теории и методов оценки транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог актуальна для лесного комплекса, так как ее решение дает проектировщикам систему показателей для выбора оптимальных проектных решений лесовозных автомобильных дорог адекватных реальным условиям эксплуатации и этим обеспечивает снижение затрат на вывозку лесоматериалов, перевозки грузов и пассажиров.
Целью работы является повышение эффективности проектных решений лесовозных автомобильных дорог путем совершенствования комплекса оценочных показателей функционирования лесовозного автомобильного транспорта на основе алгоритмически-программной реализации взаимодействий автотранспортных средств с дорогой и между собой.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись: процессы взаимодействия автомобилей и лесовозных автопоездов в транспортных потоках и с дорогой; транспортно-технологические схемы вывозки лесоматериалов; процессы движения лесовозных автопоездов; элементы и сооружения лесовозных автомобильных дорог. Научные исследования проводились при помощи методов: дифференциального и интегрального исчислений, теории вероятностей, аналитической геометрии, теоретической механики, имитационного моделирования, экономического анализа. При экспериментальном исследовании использовалась передвижная дорожная лаборатория 38473-0000010 (КП-514МП), Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением современных средств вычислительной техники, Достоверность результатов научных исследований подтверждается апробацией рекомендаций на предприятиях лесного комплекса и в дорожных организациях, а также использованием рекомендаций и математического обеспечения САПР проектными организациями при разработке проектов дорог.
Научной новизной обладают:
- метод оценки транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог, отличающийся тем, что транспортно-эксплуатационные качества рпределены комплексом показателей имитационного моделирования процесса функционирования дороги, включающем технико-экономические, энергетические, экологические;
моде їй режимов шижения іееовошьіх автопоездов в ра!личны\ дорожных условиях, отличающиеся \ четом влияния ПЛОПЮСІИ распределения скоростей, скорости свободного движения и ее дисперсии;
метод оценки взаимодействия автомобиля и дороги, автомобилей и лесовозных авгоноеідов в транспортных потоках, отличающийся тем. что данные взаимодействия определяются детерминированными и случайными факторами на основе реализации процессов Маркова;
закономерности изменения: функций распределения скорости как отдельных автомобилей, так и всего потока, распределения интервалов, вероятности возможности обгона, вероятности свободного движения, формирующих режимы транспортных потоков, которые отличаются учетом параметров дороги по всем направлениям.
метод расчетов иопикетных показателей функционирования лесовозной автомобильной дороги: скоростей движения при реальном и максимальном использовании мощности двигателя; расхода топлива, как функции режима движения; миссии автомобильных выбросов; себестоимости перевозок, отличающийся реализацией единой информационной базы данных;
комплекс показателей функционирования лесовозной автомобильной дороги с автоматическим построением в процессе проектирования эпюр технико-экономических, энергетических, экологических характеристик, отличающийся реализацией прогрессивной технологии интерактивного режима проектирования:
принципы оптимизации проектных решений лесовозных автодорог с использованием программ моделирования дорожного движения, отличающиеся декомпа-шцией поиска лучшего варианта.
Значимость для науки заключается в оценке транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог комплексом показателей имитационного моделирования процесса функционирования дороги, включающих тех^Шр-экономические, энергетические, экологические; установлении закономерностеяИге-менения вдоль дороги с учётом всех её параметров и по направлениям, включая распределение скоростей как отдельных автомобилей, так и всего потока, распределения интервалов, вероятности возможности обгона, вероятности свободного движения, плотности потока, дисперсии скорости и других показателей, формирующих режимы транспортных потоков; в разработке математического, методического, программного и информационного обеспечения подсистем моделирования в САПР лесовозных автомобильных дорог процесса функционирования дороги; в разработке структурных моделей совершенствования оценки проектных решений лесовозных автомобильных дорог за счет уточнения затрат на перевозки при их расчётах в САПР по более совершенным методам.
Практическая ценность работы состоит в улучшении качества проектных решений лесовозных автомобильных дорог, обеспеченных разработкой и внедрением в развивающиеся САПР лесовозных автомобильных дорог алгоритмов и программ моделирования процессов функционирования дороги.
Качество проектных решений улучшается за счет:
повышения достоверности показателей функционирования проектируемой дороги, что достигается комплексным моделированием режимов транспортных потоков в единой системе, объединяющей подсистемы "дорога - автомобил: двигатель", "дорога - автомобиль - водитель", "дорога - транспортные потоки", "транспортные потоки - придорожная среда".
повышения экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию лесовозных автомобильных дорог вследствие уточнения приведенных іатрат и тем самым более эффективного отбора оптимального варианта при существенной минимизации приведенных затрат по выбранному вариан-n^fc
воіможностєй разработки жергоеберегающих проектных решений лес^^І-ных автомобильных дорог, что обеспечивается моделированием режимов движения автотранспортных средств и детальным расчетом расхода топлива при перевозках по дороге.
- возможностей анализа и улучшения проектных решений лесовозных автомобильных дорог по экологическим показателям, что обеспечивается детальным расчетом эмиссии токсичных веществ, как функции проектируемых дорожных условий.
Няучные положения, выносимые на защиту:
-
Метод оценки трапспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог на основе имитационного моделирования процесса функционирования дороги, который позволяет на стадии проектирования произвести выбор оптимального варианта проектного решения автомобильной лесовозной дороги.
-
Модели режимов движения лесовозных автопоездов в различных дорожных условиях и результаты их реализации, которые дают возможность имитировать процессы функционирования дороги и производить выбор геометрических параметров плана и продольного профиля лесовозных автомобильных дорог.
-
Метод оценки взаимодействий автомобилей и дороги, автомобилей и лесовозных автопоездов в транспортных потоках, позволяющий количественно оценить процессы движения лесовозных автопоездов в составе потока как на лесовозных дорога так и на дорогах общего пользования,
-
Аналитические и графические зависимости, определяющие закономерности изменения: функций распределения скорости как отдельных автомобилей, так и всего потока; распределения интервалов, вероятности возможности обгона; вероятности свободного движения, формирующих режимы транспортных потоков, которые являются необходимой составляющей математического обеспечения реализации методов оценки трапспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог,
-
Метод расчетов попикетных показателей функционирования лесовозной автомобильной дороги с использованием единой базы данных, который даст возмож-
^^ ность дифференцированно оценить транспортно-эксплуатационные качества лесо-^Ьвозной автомобильной дороги для выявления наиболее сложных участков и приня-^^тия решений по организации движения на них или изменения проектного решения,
-
Показатели функционирования лесовозных автомобильных дорог в виде эпюр, которые дают наглядное представление о транспортно-эксплуатационных качествах дороги по определенным критериям.
-
Принципы оптимизации проектных решений лесовозных автомобильных дорог на основе декомпозиции поиска лучшего варианта, которые обеспечивают целенаправленный поиск оптимального варианта,
Достоверность полученных результатов обеспечена проведением системного анализа проблемы и применением аналитических, теоретических и экспериментальных исследований; методов математической статистики при планировании экспериментов и обработке их материалов; установлением структуры и окончательных видов расчётных формул путём использования методов высшей математики, теоретической механики и проверки адекватности.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях с 1999 по 2006 гг. Воронежской государственной лесотехнической академии, Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, Московского государственного университета леса, Уральского государственного лесотехнического университета, Сибирского государственного технологического университета, Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии, на международной научно-практической конференции в Воронеже (2004 г.), а также на кафедре транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии.
Публикации. Основные научные разработки но теме диссертации опубликованы в 118 работах, включая 15 монографий, 18 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ и 9 публикаций без соавторов. В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении научно-технических исследований и анализа их результатов,
Реализация работы. Раіработанньїе проіраммньїс средства автоматизированного проектирования оценки грапепортно - жеплуаганионных качеств лесовозных автомобильных дорог были внедрены: Центре дорожно-мостового проектирования «Магистраль» (г. Воронеж), "Предприятие автобаза № 10" (г. Воронеж), ОАО"ГАТП" (г. Новая Усмань); ОАО "Дорожник - 9" (г Воронеж), филиале Хабаровского краевого государственного унитарного предприятия "Крайдорпредирия-гия" Вяземского дорожно-строительного управления (г. Вяземск), Филиале "Семи-лукский" ООО "Дорспецстрой" (г. Семилуки): Дорожном ремонтно-строительном управлении (ДРСУ-8) (г. Воронеж); ОАО автомобильного транспортира "Вороне-жавтотране" (г. Воронеж); Главном управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МИР России по Воронежской области "Теллермановский лесхоз" (I. Ворисоглебск); ОАО "Баталинский ЛИХ" (и. Фирсово, Тверская обл.), Кантими-ровский филиал ОАО "Воронежавтодор" (п.г.т. Кантемировка); ООО "Дороги Севера" (г. Сыктывкар); ООО "НОРД-ЛЕС" (г. Сахалин), Дорожно - строительной фирме (ДСФ-3) ОАО "Дорстрой" (г. Воронеж).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 420 страницах машинописного текста, иллюстрировано 77 рисунка и 24 таблицы.
