Система автоматизированного проектирования организации дорожного движения

Пешеходы переходят через улицу с односторонним движением и независимо от направления движения пешеходов происходит рост их скорости по мере удаления от тротуара. Начиная движение при малой скорости (1,3 м/с), пешеходы одновременно оценивают транспортную ситуацию и выбирают приемлемый для себя интервал в транспортном потоке. К последней трети длины пешеходного перехода скорость пешеходов достигает максимального значения - приблизительно 1,7 м/с - и далее опять уменьшается, так как пешеходы выходят из наиболее опасной зоны пути.

Подчиняемость пешеходов сигналам светофора

Значение подчиняемости сигналам светофора необходимо, прежде всего, для установления критического значения длительности временного промежутка в светофорном цикле, в течение которого пешеходам запрещается пересекать проезжую часть. В качестве такого критерия возможно использование относительного показателя подчиняемости пешеходов, учитывающего длительность светофорных сигналов и плотность транспортного движения.

Для того чтобы объективно оценить использование различных сигналов светофора для пересечения проезжей части, количество пешеходов, переходящих улицу при каждом сигнале, разделено на длительность этих сигналов. Если принять за 100% количество пешеходов, пересекающих дорогу за 1 с красного сигнала (по отношению к транспорту) светофора, то эта величина для желтого после красного сигнала находится в пределах 16,1-56,3%, для зеленого - 2,7-32,6%, для желтого после зеленого - 29,2-66,6%. Все значения имеют широкий диапазон изменений, что связано с различиями в интенсивности транспортного движения и длительности запрещающего движение пешеходов сигнала светофора [21, 22, 23].

Влияние этих двух факторов рассмотрим более подробно. Характер распределения количества пересечений проезжей части в зависимости от удельной (авт/с) интенсивности транспортного движения дан на рисунке 4.

Наличие левой, возрастающей части кривой объясняется тем, что наиболее низкие значения удельной интенсивности транспортного движения имеют место при желтом после зеленого сигнала светофора автомобили не успевшие остановиться у стоп-линии) и в начале зеленого сигнала (наибольшие интервалы в транспортном потоке при трогании с места). Начиная со значения 0,57 авт/с увеличение удельной интенсивности транспортного движения влечет за собой пропорциональное уменьшение интенсивности пешеходных переходов. При достижении значения 0,96 авт/с нарушения пешеходами требований сигналов светофора практически исключаются.



Рисунок 5. Схема организации транспортных потоков.

График интенсивности на пересечении пр. Абая - ул. Л. Беды дан на рисунке 5.

Рисунок 6. График интенсивности на пересечении пр. Абая - ул. Л. Беды (со стороны «КСК» в направлении автовокзала)

Исходя из этого для дальнейшего анализа используются 10-секундные временные интервалы, в которые наблюдается примерно равная и находящаяся на уровне 0,45-0,55 авт/с удельная интенсивность транспортного движения. Суммарная длительность запрещающих движение пешеходов сигналов в течении цикла составляет 52 с. Интенсивность пешеходного движения в эти интервалы также не имеют статистически значимых отличий. Резкое изменение характера кривой находится в районе 38-43 с, после чего заметно увеличивается темп прироста количества нарушений запрещающего движение пешеходов сигнала пешеходного светофора. Отсюда можно сделать вывод, что время терпеливого ожидания пешеходов на регулируемых переходах составляет в среднем 40 с.

2.2 Светофорное регулирование

Светофоры предназначены для поочередного пропуска участников движения через определенный участок улично-дорожной сети, а также для обозначения опасных участков дорог. В зависимости от условий светофоры применяются для управления движением в определенных направлениях или по отдельным полосам данного направления:

- в местах, где встречаются конфликтующие транспортные, а также транспортные и пешеходные потоки (перекрестки, пешеходные переходы);

- по полосам, где направление движения может меняться на противоположное;

- на железнодорожных переездах, разводных мостах, причалах, паромах, переправах;

- при выездах автомобилей спецслужб на дороги с интенсивным движением;

- для управления движением транспортных средств общего пользования.

Порядок чередования сигналов, их вид и значение, принятые в Республике Казахстан, соответствуют международным требованиям о дорожных знаках и сигналах, сигналы чередуются в такой последовательности: красный - зеленый - зеленый с желтым - красный.

При отсутствии дополнительной секции красный не мигающий сигнал запрещает движение по всей ширине проезжей части. Остальные разновидности красного сигнала имеют специальное назначение:

- контурная черная стрелка на красном фона круглой формы запрещает движение в сторону, указанную стрелкой;

- косой красный крест на черном фоне квадратной формы запрещает въезд на полосу движения, над которой он расположен;

- красный силуэт стоящего человека запрещает движение пешеходам;

- красный мигающий сигнал или два красных попеременно мигающих сигнала запрещают выезжать на железнодорожный переезд, разводной мост, причал паромной переправы и в другие места, представляющие особую опасность для движения.

Желтый не мигающий сигнал обязывает к остановке перед стоп-линией всех водителей, за исключением тех, которые уже не смогли бы остановиться с учетом требований безопасности движения. Желтый сигнал, подключенный к зеленому, предупреждает о незамедлительном включении красного сигнала. Желтый мигающий сигнал не запрещает движение и применяется для обозначения перекрестков, которые могут быть не замечены водителями на расстоянии, достаточном для остановки транспортного средства.

Зеленый, не мигающий сигнал при отсутствии каких-либо дополнительных ограничений, а также дополнительных секций светофора разрешает движение по всей ширине проезжей части во всех направлениях. Зеленый мигающий сигнал предупреждает о конце разрешающего такта.

Разновидности зеленого сигнала и их назначение следующие:

- контурная чёрная стрелка на зеленом фоне круглой формы, а также зеленая стрелка на черном фоне круглой формы - разрешает движение в сторону стрелки;

- зеленая стрелка на черном фоне квадратной формы направленная вниз, разрешает движение по полосе, над которой расположен светофор;

- сигнал в виде зеленого силуэта идущего человека разрешает движение пешеходов.

Зеленая стрелка дополнительной секции светофора разрешает движение в сторону, указываемую стрелкой, независимо от сигнала основного светофора. При этом красный сигнал основного светофора лишает водителей, движущихся в сторону включенной зеленой стрелки дополнительной секции, преимущественного права проезда. Выключенная секция запрещает движение в направлении стрелки этой секции даже при зеленом сигнале основного светофора [24, 25].

Разрешенное направление движения для транспортных средств общего пользования зависит от сочетания включенных сигналов верхнего и нижнего ряда специального светофора (в случае его применения). При выключенном нижнем сигнале движение запрещено во всех направлениях.

Типы светофоров

Светофоры можно классифицировать:

- по их функциональному назначению (транспортные, пешеходные);

- по конструктивному исполнению (одно-, двух -или трехсекционные, трехсекционные с дополнительными секциями);

- по их роли, выполняемой в процессе управления движением основные, дублеры и повторители).

В соответствии с ГОСТ 25695-83 «Светофоры дорожные. Общие технические условия» они делятся на две группы: транспортные и пешеходные. Светофоры каждой группы, в свою очередь, подразделяются на типы и разновидности исполнения (в соответствии с рисунком 6).



Рисунок 7. Разновидности светофоров.

Имеются семь типов транспортных светофоров и два типа пешеходных. Каждый светофор имеет свой номер: первая цифра номера означает группу (1- транспортный светофор, 2- пешеходный), вторая цифра - тип светофора, третья цифра (или число) - разновидность его исполнения. Согласно рисунку 6 светофоры классифицируются на несколько типов.

Транспортные светофоры типа 1 (без учета сигналов дополнительных секций) и типа 2 имеют три сигнала круглой формы диаметром 200 или 300 мм, расположенных вертикально. Как исключение допускается для светофоров типа 1 горизонтальное расположение сигналов.

Последовательность расположения сверху вниз (слева направо):

- красный;

- желтый;

- зеленый.

Дополнительные секции применяются только со светофорами типа 1 с вертикальным расположением сигналов и имеют сигнал в виде стрелки на черном фоне круглой формы.

Для лучшего распознавания водителем дополнительной секции (особенно в темное время суток) на линзе основного зеленого сигнала светофора наносят контуры стрел, указывающих разрешенные этим сигналом направления движения. С этой же целью при наличии дополнительных секций светофор оборудуется белым прямоугольным экраном, выступающим за габариты светофора. Расположение секций зависит от направления стрелки.

Для транспортных светофоров типа 2 контуры стрелок, указывающих разрешенное (запрещенное) направление движения, наносят на всех линзах. При это в отличие от красного и желтого сигналов зеленый сигнал светофоров этого типа представляет собой зеленую стрелку на черном фоне. Под светофорами или над ними располагают таблички белого цвета с изображением стрелок, указывающих то же направление, что и контуры стрелок в линзах.

Светофоры типа 1 применяют для регулирования всех направлений движения на перекрестке. Допускается их использование и перед железнодорожными переездами, пересечениями с трамвайными и троллейбусными линиями, сужениями проезжей части и т.д.

Светофоры типа 2 применяют для регулирования движения в определенных направлениях указанных на линзах стрелками) и только в тех случаях, когда транспортный поток в этих направлениях не имеет пересечений или слияний с другими транспортными или пешеходными потоками (бесконфликтное регулирование). При достаточно широкой проезжей части с числом полос на подходе к перекрестку более четырех целесообразно светофоры этого типа использовать для регулирования движения по полосам.

Специфика использования светофоров типа 2, связанная с бесконфликтным регулированием, не позволяет их совместную установку со светофорами типа 1 на одном подходе к перекрестку. Исключение составляет случай, когда транспортные потоки отделены друг от друга приподнятыми островками или разделительными полосами. Таким образом, в пределах одной проезжей части водитель должен видеть светофоры только одного типа.

Транспортные светофоры типа 3 применяют в качестве повторителей сигналов светофоров типа 1. По своему внешнему виду они напоминают светофоры этого типа, однако в отличии от них имеют меньшие габаритные размеры и диаметры сигналов 100 мм. Если основной светофор (типа 1) имеет дополнительную секцию, то светофор повторитель также оборудуется дополнительной секцией естественно уменьшенного размера.

Светофор типа 3 размещают под основным светофором на высоте 1,5-2 м от проезжей части, если затруднена видимость сигналов основного светофора для водителя, остановившегося у стоп-линии. Светофоры этого типа могут применяться также для управления велосипедным движением в местах пересечения дороги с велосипедной дорожкой. В этом случае под ними укрепляют табличку белого цвета с изображением символа велосипеда.

Транспортные светофоры типа 4 применяют для управления въездами на отдельные полосы движения. Такая необходимость возникает, например, при организации реверсивного движения. Светофоры этого типа устанавливают над каждой полосой в её начале. Они имеют горизонтальное расположение сигналов: слева - в виде косого красного креста; справа - в виде зеленой стрелки, направленной острием вниз. Оба сигнала выполняются на черном фоне прямоугольной формы. Габаритные размеры каждого символа 450Ч500 мм.

Светофоры типа 4 могут применяться вместе со светофорами типа 1, если реверсивное движение организовано не по всей ширине проезжей части. В этом случае действие светофоров типа 1не распространяется на полосы с реверсивным движением. Запрещается въезд на полосу, ограниченную с обеих сторон двойной прерывистой линией, при отключенном светофоре типа 4, расположенном над этой полосой. В противном случае возникает возможность выезда навстречу движению (например, при перегорании ламп красного сигнала одного из светофоров полосы).

Транспортный светофор типа 5 имеет четыре сигнала белолунного цвета круглой формы диаметром 100 мм. Подобный светофор применяют в случаях бесконфликтного регулирования движения транспортных средств общего пользования (трамваев, маршрутных автобусов, троллейбусов), движущихся по специально выделенной полосе. Однако даже в этих случаях необходимость в установке светофоров типа 5 нередко отпадает: схема организации движения на перекрестке не обеспечивает бесконфликтный пропуск транспортных средств указанных видов вместе с общим потоком и светофоры типа 5 лишь повторяют значения сигналов светофоров типа 1 и 2.

При отсутствии специально выделенных полос для транспортных средств общего пользования или возможности их бесконфликтного пропуска применение светофоров типа 5 становится бессмысленным. Управление движением осуществляется только светофорами типа 1 и 2.

Транспортные светофоры типа 6 имеют два (реже один) красных сигнала круглой формы диаметром 200 или 300 мм, расположенных горизонтально и работающих в режиме попеременного мигания. При разрешении движения транспортных средств сигналы выключаются. Светофоры этого типа устанавливают перед железнодорожными переездами, разводными мостами, причалами паромных переправ, в местах выезда на дорогу транспортных средств спецслужб.

Транспортный светофор типа 7 имеет один сигнал желтого цвета, постоянно работающий в режиме мигания. Его применяют на нерегулируемых перекрестках повышенной опасности.

Транспортные светофоры типа 8 имеют два расположенных вертикально сигнала красного и зеленого цветов круглой формы диаметром 200 или 300 мм. Их применяют при временном сужении проезжей части, когда организуют попеременное движение по одной полосе, а использование для этих целей знаков приоритета затруднительно в силу ограниченной видимости на этом участке дороги. Кроме этого, светофоры типа 8 применяют также для управления мало интенсивным движением на внутренних территориях гаражей, предприятий и организаций, где, как правило, введены ограниченные скорости. В перечисленных случаях допускается и использование наиболее распространенных светофоров типа 1, однако светофоры типа 8, отличающиеся от них отсутствием желтого сигнала, указывает на специфику условий движения.

Пешеходные светофоры имеют два расположенных вертикально сигнала круглой или квадратной формы с диаметром круга или стороной квадрата 200 или 300 мм. Верхний сигнал - красный силуэт стоящего пешехода, нижний - зеленый силуэт идущего пешехода. Оба силуэта выполняются на черном фоне.

Согласно ГОСТ 23457-86, пешеходными светофорами оборудуют все пешеходные переходы на управляемом светофорами перекрестке. При этом, если не обеспечен бесконфликтный пропуск пешеходов, зеленый сигнал должен работать в мигающем режиме, предупреждая пешеходов и водителей о возможности просачивания транспортных средств через пешеходные потоки.

Для всех типов светофоров при наличии двух вариантов сигнала (200 или 300 мм) светофоры с большим размером сигнала устанавливают на магистральных улицах и площадях, на дорогах с максимально допустимой скоростью движения более 60 км/ч, а также при неблагоприятных условиях видимости. Таким образом, обеспечивается лучшее восприятие сигналов участниками движения. Кроме этого, увеличенные размеры сигналов подчеркивают характер дороги, на которой находится водитель. С этой же целью перед пересечениями с указанными дорогами со стороны, где были светофоры с диаметром сигнала 200 мм, устанавливают светофор с увеличенным диаметром (300 мм) красного сигнала.

Видимость сигналов светофоров

Видимость сигналов светофоров должна быть такой, чтобы водитель, едущий с максимально разрешенной скоростью, увидел сигнал при любых условиях освещения и погоды (кроме густого тумана) на расстоянии, достаточном для остановки транспортных средств при любом состоянии проезжей части.

Длину остановочного пути легкового автомобиля на горизонтальном участке рассчитывают по приведенной ранее формуле:

S=К_э V²/255G+S_р+S_с, м (11)

где S - остановочный путь;

К_э - коэффициент эффективности торможения;

V - скорость движения в км/ч;

G - коэффициент сцепления шин с дорогой;

S_р - путь, проходимый за время реакции водителя, в м;

S_с - путь, проходимый за время срабатывания тормозного привода, в м.

При движении в городе, можно принимать следующие значения, соответствующие неблагоприятным условиям расчета:

V_л=60 км/ч (для легковых автомобилей);

V_г=50 км/ч (для грузовых автомобилей);

G=0,2 (для дороги покрытой снегом).

С учетом эксплуатационного износа тормозов и возможного увеличения времени реакции остановочный путь может быть в 1,4-1,5 раза больше, т.е. минимальное расстояние, с которого водителю должна быть обеспечена видимость сигналов светофора, составляет около 100 м.

Если из-за кривизны улиц, наличия зеленых насаждений и т. п. не может быть обеспечена видимость светофора с расстояния 100 м, а также в загородных условиях, где скорости движения не ограничиваются, за 150-250 м до перекрестка должен быть установлен предупредительный знак «регулируемый перекресток».

В светофорах, устанавливаемых на железных дорогах, применяется хорошо сфокусированная оптическая система, дающая узконаправленный луч, обеспечивающий видимость сигнала с расстояния свыше 1000 м.

В уличных светофорах подобную оптическую систему применять нельзя, т.к. водитель, остановившийся у перекрестка, видит светофор сбоку, и поэтому луч светофора должен быть широкоугольным. Однако практически в трех - или четырехсторонних светофорах желательно, чтобы угол не превышал 40є', т.к. в противном случае водитель будет видеть не только сигналы, обращенные к нему, но и относящиеся к транспортным средствам, движущимся в поперечном направлении.

Оптическая система современных светофоров обеспечивает видимость сигналов на расстояниях, в несколько раз превышающих расчетные 100 м и угол 50-60°. Чтобы у водителя не сложилось ложного впечатления, какой из сигналов относится к нему, применяют односторонние светофоры или защитные козырьки.

Рассмотрим теперь, насколько практика установки светофоров, соответствует техническим условиям применения светофорной сигнализации, удовлетворяет основному требованию видимости водителем сигнала под углом не более 40-45є.

На рисунке 7 представлены условия видимости светофоров по вертикали. Здесь показан наиболее невыгодный случай пересечения узкой улицы с шириной проезжей части 7 м и тротуарами шириной по 1 м. Такая схема перекрестков встречается в городе Костанае.



Рисунок 8. Условия видимости светофора по вертикали.

Подвесной светофор подвешен на расстоянии 5 м, а светофор на колонке расположен на уровне 3 м от поверхности проезжей части. Последний установлен за 1 м перед пешеходным переходом. Из рисунка видно, что подвесной светофор водитель видит под углом 14', а светофор на колонке - под углом 20'. Даже в случае, если светофор на колонке будет установлен за 2 м от пешеходного перехода или если водитель остановился, проехав 1 м за линию «СТОП», то и тогда угол видимости светофоров будет равен 40є.

Несколько хуже обстоит дело с горизонтальными углами видимости светофоров. В соответствии с рисунком 6 показаны условия видимости сигналов основного светофора О, расположенного справа перед перекрестком, и дублирующего Д, расположенного слева за перекрестком. Ширина проезжей части пересекающей улицы 7 м; ширина каждой полосы движения 3,5 м.



Рисунок 9. Условия видимости светофоров по горизонтали.

Из рисунка 8 видно, что водителю, находящемуся в правом от тротуара ряду, основной светофор виден под углом 20є, во втором ряду - 43є, в третьем - 56є.

Водитель, находящийся во втором ряду различает сигнал основного светофора с трудом, а находящийся в третьем ряду на него ориентироваться не может и пользуется только дублирующим светофором. Углы видимости основного и дублирующего светофора приведены в таблице 6.

Таблица 6. Углы видимости светофоров

Светофор	Однорядное движение в град	Движение
		Двухрядное	Трехрядное	Четырехрядное	Пятирядное
		2	1	3	2	1	4	3	2	1	5	4	3	2	1
Углы видимости в градусах
Основной	20	43	20	56	43	20	62	56	43	20	68	62	56	43	20
Дублирующий	12	19	26	26	32	39	32	38	42	47	39	43	47	50	53

Таким образом, во всех случаях основной светофор хорошо виден только водителю, находящемуся в первом ряду. Водители, находящиеся во втором, третьем и т.д. рядах, должны ориентироваться на дублирующий светофор.

Практически все водители, находящиеся во втором, третьем и т.д. рядах, всегда ориентируются на дублирующий светофор не только потому, что он расположен под меньшим углом, но и потому что основной светофор часто бывает загорожен другими транспортными средствами (в частности, троллейбусами и автобусами). Однако наступает момент, когда становится трудно ориентироваться и на дублирующий светофор. Так, при четырех рядном движении плохо видит оба светофора водитель, находящийся во втором ряду, а при движении в пять рядов, хорошо видят светофоры только два водителя: находящийся в первом ряду (основной) и в пятом (дублирующий). В таких условиях становится совершенно необходимо устанавливать дублирующие светофоры в точке Д, а на островках безопасности в точках Б и В.

Установка светофора в точке А будет малоэффективна, так как сигналы светофора будут видны лишь двум крайним рядам от осевой линии, т.е. практически такая установка будет пригодна лишь для трехрядного движения.

Установка светофора в точке Б обеспечивает хорошую видимость сигналов при движении в пять рядов, а установка светофора в точке В обеспечивает видимость сигналов даже при движении в семь рядов. Однако точки Б и В практически равноценны, так как самая выгодная точка В для встречного направления находится в тех же условиях, что и точка Б.

Иногда одной из этих точек может быть отдано предпочтение. Так, в частности, если в данном перекрестке имеется левоповоротное движение грузовых автомобилей (особенно с прицепами), не следует устанавливать светофор в точке лежащей внутри поворота, так как либо кузовом, либо свешивающимся грузом светофор может быть задет и поврежден. Сейчас были рассмотрены наихудший случай пересечения узкой улицы с односторонним движением в каждом направлении. При пересечении улицы с двухрядным движением условие видимости дублирующего светофора, установленного в точке Д, становятся значительно лучше.

В соответствии с таблицей видно, что дублирующий светофор плохо виден лишь водителям, находящимся в первых двух рядах при движении в пять рядов. При пересечении более широких улиц дублирующий светофор всегда хорошо виден всем водителям.

Для безопасности движения число видимых сигналов должно удовлетворять следующим требованиям:

а) водитель, подъезжающий к перекрестку, должен видеть одновременно не менее двух сигналов, т.к. в одном из светофоров может перегореть лампа или он может быть закрыт веткой дерева, стоящими или движущимися транспортными средствами и т.п. Если применяется только один подвесной светофор и напряжение в сети электропитания равно 220 В, для ликвидации возможности возникновения аварий целесообразно установить в светофоре лампы зеленого и красного сигналов напряжением 127 В. В этом случае при перегорании лампы красного сигнала погаснет лампа и зеленого сигнала, расположенного справа;

б) пешеход начинающий переход, должен видеть не менее одного сигнала, относящегося к нему;

в) регулировщик, находящийся в центре перекрестка или на одном из его углов (у пульта управления или у телефона), должен видеть достаточное количество сигналов, чтобы мог ясно представлять каждую фазу движения. Сигналы «СТРЕЛКА» для регулирования поворотного движения, а также специальные светофоры и указатели для трамвая Т устанавливают только по одному для каждого направления движения. Исключения составляют сигналы «СТРЕЛКА» для левого поворота, которые желательно дублировать. Если дополнительная секция светофора с сигналом «СТРЕЛКА» для регулирования поворотного движения плохо видна в темное время суток, позади светофора следует устанавливать белый экран, а светофор покрасить в черный цвет.

Расположение светофоров

Расположение светофоров зависит от конфигурации перекрестка и особенностей движения на нем.

При установке светофоров следует придерживаться следующих основных положений:

а) основной светофор на колонке или на кронштейне располагается на расстоянии от 1 до 5 м перед пешеходным переходом (желательно 1-2 м). Не допускается установка светофорных колонок на самом переходе;

б) дублирующий светофор при наличии островков безопасности должен располагаться на одном из них по возможности ближе к центру перекрестка;

в) дублирующий светофор при отсутствии островков безопасности должен совмещаться со светофором для встречного движения;

г) дополнительная секция для регулирования правого поворота должна располагаться у светофора, находящегося на островке безопасности за перекрестком или у светофора, имеющегося слева за перекрестком;

д) дополнительная секция для регулирования левого поворота должна располагаться у светофора, находящегося на островке безопасности за перекрестком или у светофора имеющегося слева за перекрестком;

ж) нежелательно применять две дополнительные секции на одном и том же светофоре.

Разрешённое направление движения для транспортных средств общего пользования зависит от сочетания включенных сигналов верхнего и нижнего ряда специального светофора (в случае его применения). При выключенном нижнем сигнале движение запрещено во всех направлениях.

2.3 Расчет длительности циклов светофорного регулирования и его элементов

Последовательность расчета

Определение длительности цикла и основных тактов регулирования основано на сопоставлении фактической интенсивности движения на подходах к перекрестку и пропускной способности (потокам насыщения) этих подходов. Поэтому эти параметры следует рассматривать в качестве основных исходных данных расчета.

Как интенсивность, так и потоки насыщения рассматриваются для каждого направления движения данной фазы. Следовательно, расчету режима регулирования должно предшествовать формирование схемы организации движения на перекрестке (проект пофазного разъезда транспортных средств).

Исходными данными для расчета являются планировочные и транспортные характеристики перекрестка:

- ширина проезжих частей, число и ширина полос в каждом направлении движения;

- ширина разделительных полос;

- ширина тротуаров и радиусы их закругления;

- продольный уклон на подходах к перекрестку;

- состав транспортных потоков, картограмма интенсивности транспортных и пешеходных потоков для рассматриваемых периодов суток (транспортная интенсивность выражается в приведенных единицах);

- средняя скорость движения транспортных средств на подходе и в зоне перекрестка без торможения.

Потоки насыщения

Поток насыщения для каждого направления данной фазы регулирования определяют путем натурных наблюдений в периоды, когда на подходе к перекрестку формируется достаточно большие очереди транспортных средств.

Для случая движения в прямом направлении на дороге без продольных уклонов поток насыщения рассчитывают по эмпирической формуле, которая связывает этот показатель с шириной проезжей части, используемой для движения транспортных средств в данном направлении рассматриваемой фазы регулирования:

М_{нijпрямо}=525·В_пч (12)

где М_{нijпрямо} - поток насыщения, ед/ч;

В_пч - ширина проезжей части в данном направлении данной фазы, м.

Формула (12) применима при 5,4 м. В_пч - 18,0 м. Если ширина проезжей части меньше 5,4 м, для расчета можно использовать следующие данные из таблицы 7.

Таблица 7. Технические средства организации дорожного движения

Мнijпрямо, ед/ч	1850	1875	1950	2075	2475	2700
Впч, м	3,0	3,3	3,6	4,2	4,8	5,1

Если перед перекрестком полосы обозначены дорожной разметкой, поток насыщения можно определить в соответствии с приведенными данными отдельно для каждой полосы движения. Зная ширину проезжей части проспекта Абая и улицы Л. Беды получим соответственно:

М_{н1прямо}=1970 ед/ч;

М_{н2прямо}=1840 ед/ч.

Так как движение транспортных средств на перекрестке прямо, направо и налево происходит по одним и тем же полосам движения и интенсивность лево - и правоповоротного потоков составляет более 10 % от общей интенсивности движения в рассматриваемом направлении данной фазы, поток насыщения полученный из формулы (12) корректируем:

М_н=М_нпрямо100/а+1,75b+1,25с ед/ч (13)

где а, b и с- интенсивность движения транспортных средств соответственно прямо, налево и направо от общей интенсивности в рассматриваемом направлении данной фазы регулирования в %.

Необходимость коррекции связана с уменьшением потока насыщения, так как автомобили, поворачивающие налево или направо из общей полосы движения, задерживают основной поток прямого направления.

Откорректировав формулу (13) получим:

М_н1=1970·2·100/33+1,75·24+1,25·43=3060 ед/ч

М_н2=1840·2·100/53+1,75·30+1,25·17=2903 ед/ч

М_н3(2)=1800/1+1,525/12=1597 ед/ч

М_н3(3)=1970·100/25+1,75·45+1,25·30=1394 ед/ч

М_н4=1840·2·100/42+1,75·22+1,25·36=2932 ед/ч

Интенсивность

Интенсивность движения транспортных средств в данном направлении, данной фазы регулирования определялась методом натурных наблюдений с интервалом в 6 минут. Затем была определена часовая интенсивность движения транспортных средств.

Приведенная интенсивность определяется по формуле:

N_пр=1а+2b+3с+4d(14)

где а, b, с, d - соответственно количество легковых, грузовых автомобилей, автобусов, троллейбусов;

1, 2, 3, 4 - коэффициенты приведения.

Приведенная интенсивность движения транспортных средств на перекрестке пр. Абая - ул. Л. Беды будет:

N_пр1=168+48·3=312 ед

N_пр2=328+32·2+44·3=524 ед

N_пр3=270+39·3+39·4=543 ед

N_пр4=173+17·2+22·3=273 ед

Фазовые коэффициенты

Фазовые коэффициенты определяем для каждого из направлений движения на перекрестке в данной фазе регулирования:

Y_ij=N_ij/M_ij(15)

где Y_ij-фазовый коэффициент данного направления;

N_ijj/M_ij - соответственно интенсивность движения для рассматриваемого периода суток и поток насыщения в данном направлении данной фазы регулирования, ед.ч

Получим:

У₁=312/3060=0,1

У₂=524/2903=0,18

У₃=543/1394=0,38

У₄=273/2932=0,09

Взяв наибольшие значения с двух фаз регулирования и суммировав их получим:

У_i=Y=0,38+0,18=0,56

Данное значение Y=0,56 берем за расчетное.

Промежуточные такты

В соответствии с назначением промежуточного такта его длительность должна быть такой, чтобы автомобиль, подходящий к перекрестку на зеленый сигнал со скоростью свободного движения, при смене сигнала с зеленого на желтый смог либо остановиться у стоп - линии, либо успеть освободить перекресток.

Формула промежуточного такта имеет вид:

t_пi=V_a/(7,2·a_т)+3,6(l_i+l_a)/V_a (16)

где V_а - средняя скорость транспортных средств при движении на подходе к перекрестку и в зоне перекрестка без торможения (с ходу), км/ч;

а_т - среднее замедление транспортного средства при включении запрещающего сигнала (для практических расчетов а_т=3-4 м/с²);

l_i - расстояние от стоп-линии до самой ДКТ (дальней конфликтной точки), м;

l_a - длина транспортного средства, наиболее часто встречающегося в потоке, м.

В нашем случае для перекрестка пр. Абая и ул. Л. Беды промежуточные такты для двух фаз будут равны:

t_п1=50/(7,2·4)+3,6(18+5)/50=4 с

t_п2=50/(7,2·4)+3,6(16+5)/50=4 с

В период промежуточного такта заканчивают движение и пешеходы, ранее переходившие улицу на разрешающий сигнал светофора. За время t_пi пешеход должен или вернуться на тротуар, откуда он начал движение, или дойти до середины проезжей части (островка безопасности, центральной разделительной полосы, линии, разделяющей потоки встречных направлений).

Максимальное время, которое потребуется для этого пешеходу, мы можем определить из следующей формулы:

t_пi(пш)=В_пш /(4·V_пш) с(17)

где В_пш - ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами в i- той фазе регулирования, м;

V_пш - расчетная скорость движения пешеходов (обычно принимается - 1,3 м/с).

Применяя данное выражение к нашему перекрестку, получим:

t_п1(пш)=24/(4·1,3)=4,6 c

t_п2(пш)=14/(4·1,3)=2,7 c

В качестве промежуточного такта берем наибольшее значение из t_пi и t_пi(пш).

Цикл регулирования

В простейшем случае при равномерном прибытии транспортных средств к перекрёстку (через равные интервалы времени) минимальная длительность цикла может быть определена из следующих соображений. Транспортные средства, которые прибывают к перекрестку в i-том направлении за период, равный циклу регулирования Т_ц, покидают перекресток в течении основного такта i-той фазы с интенсивностью, равной потоку насыщения М_нij. Тогда справедливо соотношение N_ij Т_ц=М_нij t_o. Отсюда длительность основного такта:

t_oi=N_ij Т_ц/М_нij=y_ij T_ц(18)

Так как в данном случае фаза будет полностью насыщенной, y_ijj=y.

С учетом этого замечания, подставляя в формулу:

Т_ц=t_o1+t_п1+t_o2+t_п2+…+t_on+t_пn

Значение t_oi, определенное по формуле (18), получаем:

Т_ц=у₁Т_ц+t_п1+у₂Т_ц+t_п2+…+у_n Т_ц+t_пn (19)

Обозначив y_i=Y и t_пi=T_п, после преобразования выражения (19) получим:

Т_ц=Т_п/(1-Y) (20)

Известно, что на практике равномерное прибытие транспортных средств к перекрестку является весьма редким случаем. Чаще для изолированного перекрестка характерным является случайное прибытие (интервалы между последовательно прибывающими транспортными средствами не одинаковы).

Случайному прибытию транспортных средств соответствует формула цикла:

Т_ц=(1,5·Т_п+5)/(1-Y), с (21)

Она предложена английским исследователем Ф. Вебстером. Его методика минимизации транспортной задержки получила достаточную практическую проверку в реальных условиях движения, поэтому формула (21) широко используется для инженерных расчетов во многих странах мира, в том числе и в Республике Казахстан.

Длительность цикла на перекрестке пр. Абая - ул. Л. Беды:

Т_ц=(1,5·8+5)/(1-0,56)=39 с

где Т_п=tп_i=4+4=8 с;

Y=y_i=0,33+0,4=0,56

По соображениям безопасности движения длительность цикла больше 120 с, считается недопустимой, так как водители при продолжительном ожидании разрешающего сигнала могут посчитать светофор неисправным и начать движение на запрещающий сигнал. Если расчетное значение Т_ц превышает 120 с, необходимо добиться снижения длительности цикла путем увеличения числа полос движения на подходе к перекрестку, запрещения отдельных маневров, снижения числа фаз регулирования, организации пропуска интенсивных потоков в течение двух или более фаз. По тем же соображениям нецелесообразно принимать длительность цикла менее 25 с.

Основные такты

Длительность основного такта t_oi в i-той фазе регулирования пропорциональна расчетному фазовому коэффициенту этой фазы. Поэтому, если сумма основных тактов равна Т_ц-Т_п, то:

t_oi=[(Т_ц-Т_п) y_i]/Y c(22)

На нашем перекрестке введено двухфазное регулирование, поэтому мы имеем два значения t_oi:

t_o1=[(39-8)·0,38 ]/0,56=25 c

t_o2=[(39-8)·0,18]/0,56=0,30 c

По соображениям безопасности движения t_oi обычно принимают не менее 7 с. В противном случае повышается вероятность цепных ДТП при разъезде очереди на разрешающий сигнал светофора. Поэтому, если длительность основного такта, рассчитанная по формуле 22, получается менее 7 с, её следует увеличить до минимально допустимой. Расчетную длительность основных тактов необходимо проверить на обеспечение ими пропуска в соответствующих направлениях пешеходов. Так как на данных, для расчета, перекрестках трамвайное движение отсутствует, то расчет будет произведен только для пешеходов.

Время, необходимое для пропуска пешеходов по какому-то определенному направлению t_пш, рассчитывают по эмпирической формуле, получившей широкое распространение в мировой практике и учитывающей суммарные затраты времени на пропуск пешеходов:

t_пш=5+В_пч/V_пш с(23)

где В_пч - ширина проезжей части, м;

V_пш- расчетная скорость движения пешеходов (обычно принимается 1,3 м/с).

Тогда:

t_пш1=5+24/1,3=22 с

t_пш2=5+14/1,3=15 с

Если какое-либо значение t_пш оказались больше рассчитанной по формуле (23) длительности соответствующих основных тактов, то окончательно принимают новую уточненную длительность этих тактов, равную наибольшему значению t_пш. При этом не будет оптимального соотношения фаз в цикле регулирования, так как нарушается условие пропорциональности между t_oi и y_i. При большем значении t_oi в конфликтующем направлении накапливается в ожидании разрешающего сигнала большее число транспортных средств, которые получают право на движение в других фазах, где основные такты могли остаться без изменения.

Такое нарушение пропорциональности не приводит к существенному возрастанию транспортной задержки, если t_oi и t_пшi незначительно отличаются друг от друга (на 4-5 с). В этом случае можно t_oi увеличить до t_пшi и соответственно увеличить длительность цикла.

При существенном отличии указанных параметров требуется восстановить оптимальное соотношение длительности фаз в цикле. Для этого необходимо изменить также и длительность основных тактов, не уточнявшихся по условиям пешеходного движения, т.е. скорректировать структуру цикл.

Степень насыщения

Показатель степени насыщения направления движения х, представляет собой отношение среднего числа пребывающих в данном направлении к перекрестку в течение цикла транспортных средств к максимальному числу покинувших перекресток в том же направлении в течение разрешающего сигнала:

Х=N_jТ_ц/(М_нj·t_oj)(24)

где N_j и M_нj - соответственно интенсивность движения и поток насыщения в данном направлении, ед/ч,

t_oj - длительность основного такта в том же направлении, с,

j - номер направления

Х₁=312·39/(3060·21)=0,18

Х₂=524·39/(2903·10)=0,70

Х₃=543·39/(1394·21)=0,72

Х₄=273·39/(2932·10)=0,36

Заторовое состояние в рассматриваемом направлении возникает при Х₁. Для обеспечения некоторого резерва пропускной способности следует стремиться к значению Х, не превышающему 0,85-0,90. Немаловажным с точки зрения максимального использования пропускной способности перекрестка является отсутствие малонасыщенных направлений и их равномерная загрузка.

Изыскание данных для построения графика координированного управления

Благодаря своей простоте графоаналитический метод получил широкое распространение. Однако он связан с большой трудоемкостью расчетно-графических операций и поэтому эффективен при сравнительно небольшом числе светофорных объектов.

Сущность метода заключается в построении графика путь-время, который выполняют в системе прямоугольных координат. В масштабе, который выбирают произвольно и который зависит от длины магистрали числа светофорных объектов, по горизонтальной оси откладывают значение времени в секундах, по вертикальной оси - значения пути в метрах. В соответствии с рисунком 9 ведётся расчёт координированного управления.

Исходными данными для расчета являются:

- выполненный в масштабе план магистрали с обозначением расстояний между перекрестками;

- схема существующей организации движения, на которой показаны светофоры, дорожные знаки и разметка, организация движения на перекрестках;

- картограммы интенсивности движения транспортных средств и пешеходов на каждом перекрестке в характерные часы суток;

- данные о расчетных скоростях движения для магистрали в целом или для отдельных её участков.

Показатель t_л определяет ширину так называемой ленты времени. Если график движения автомобиля находится внутри этой ленты, то ему гарантируется безостановочное движение. Толщина ленты времени находится:

t_л=(0,4-0,5) Т_ц c(25)

От начала зеленых сигналов и точек, отстоящих вправо на t_л, проводят наклонные к горизонтали линии. Тангенс угла наклона этих линий соответствует расчетной скорости:

tg=V_p=М_г/3,6·M_в(26)

где V_р - расчетная скорость движения, км/ч;

М_г - горизонтальный масштаб, (число секунд в 1 см);

М_в - вертикальный масштаб, (число метров в 1 см).

Подставляя в формулы расчетные значения, получаем толщину ленты равной:

t_л=20 с.

Наклон ленты будет:

t_g=50 км/ч.

Эффективность координированного управления определяется обычно после внедрения системы. Показателем является степень снижения времени проезда автомобиля от начального до конечного пункта магистрали, на которой внедрена система координации. По данным многочисленных наблюдений время движения обычно снижается на 15-20%.

3. Практические мероприятия по организации дорожного движения

3.1 Исследование транспортной сети г. Костаная

Изучение транспортной сети г. Костаная показало, что наиболее затруднительным участком транспортного процесса является дорога, проходящая по проспекту Абая.

Здесь расположены такие объекты нашего города, как «Ковровый дом», ресторан «Метрополь», ТЦ «Март», Центральный универмаг, Наримановский рынок, аквапарк «Лагуна», Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова и автовокзал. А проехав под мостом - промышленные предприятия со своими подъездными путями, центральный автомобильный рынок города, ТЦ «Астыкжан», выход на город Рудный попасть на которые с других районов города можно только по проспекту Абая.

Такой набор объектов создаёт очень высокую интенсивность транспортного потока, что в свою очередь снижает скорость движения, ведёт к заведомо ускоренному разрушению верхнего дорожного покрытия и к необходимости частых ремонтов дорожного полотна. Большую тревогу вызывает значительный уровень аварийности, шума, загрязнения атмосферы на данном участке дороги.

Серьёзные затруднения создаёт на этом участке, главной артерии города, и любая авария, которая ведёт к возникновению пробок. Т. к. основной поток автотранспорта стремиться попасть на автомобильный рынок, то из-за аварий страдает, прежде всего, транспорт общего пользования. ДТП, которое произошло, например, возле ТЦ «Март», парализует движение других транспортных средств, походящих через это место (а это центр города!), и не только здесь, но и на соседних улицах. Тут же прекращается надёжное сообщение центра с другими районами города.

Увеличение грузопотока на этих улицах нежелательно, т. к. их пропускная способность не рассчитана на большие нагрузки. В условиях нарастания автомобильного парка города и интенсивности движения на участке пр. Абая, назрела задача увеличения пропускной способности этого участка.

Одним из вариантов считается вынесение оптовых рынков за город, что значительно сократит количество автотранспортных перевозок на этом участке.

Второй вариант - строительство развязки автодороги для транзитного автотранспорта по направлению на Астану и на Челябинск, что сократит количество транспортных средств двигающихся по пр. Абая. Это уменьшит транспортный поток на данной улице, что позволит разгрузить это направление. При выполнении этого проекта права пассажиров не будут нарушены, так как им не придётся изменять маршруты движения или тратить дополнительное время, чтобы попасть в необходимые места в центре. Для решения этой задачи необходимо взаимодействие всех служб, занимающихся городским движением, и руководителей нашего города.

Транспортная сеть любого вида должна наиболее полно соответствовать перспективному развитию экономики нашего города и определяемых ею грузопотоков, социальным запросам людей и одновременно быть предельно экономной и застрахованной от негативных факторов.

3.2 Одностороннее движение

Введение одностороннего движения по двум параллельным улицам (дорогам) является одним из наиболее характерных приемов его организации и воплощает одновременно несколько методических принципов. Организация одностороннего движения является вместе с тем естественным решением в градостроительной практике при строительстве автомобильных магистралей, известным очень давно. В условиях автомобильного движения одностороннее движение было впервые применено в Филадельфии (США) в 1906 г., а в 1907 г. введено на ряде параллельных улиц в Нью-Йорке.

Главное достоинство одностороннего движения заключается в сокращении числа конфликтных точек и прежде всего в устранении конфликта встречных транспортных потоков. Как было отмечено, конфликтные точки встречного движения являются наиболее опасными. Особенно ощутимо сокращается число конфликтных точек на пересечении. Это подтверждается данными при сравнении числа конфликтных точек на пересечении двух дорог с двусторонним движением (по одной полосе в каждом направлении) и двух дорог с односторонним (по две полосы каждая). К преимуществам одностороннего движения следует также отнести:

- возможности более рационального использования полос проезжей части и осуществления принципа выравнивания состава потоков на каждой из них (специализация полос);

- резкое улучшение условий координации светофорного регулирования между пересечениями;

- облегчение условий перехода пешеходами проезжей части в результате четкого координированного регулирования и упрощения их ориентировки, т.к. нет встречного транспортного потока;

- повышение безопасности движения в темное время вследствие ликвидации ослепления водителей светом фар встречных транспортных средств.

Существенным преимуществом является также то, что при введении одностороннего движения увеличивается число полос, работающих в одном направлении, и появляется возможность разрешить временную стоянку автомобилей хотя бы на одной из крайних полос.

Опыт, многократно подтвержденный в различных странах, в том числе и в нашей, показывает, что введение одностороннего движения обеспечивает повышение скорости транспортных потоков и увеличение пропускной способности улиц. Типичными в этом отношении являются опубликованные в США данные об увеличении пропускной способности улиц с шириной проезжей части около 13 м при введении одностороннего движения на двух параллельных улицах с различными вариантами режима стоянки автомобилей. Каждая из этих улиц практически пропускала следующее число легковых автомобилей, авт/ч (в числителе представлены данные для улицы с двусторонним движением, в знаменателе - с односторонним).

Стоянка разрешена по обеим сторонам….…..1200/1600

То же по одной стороне………………………..1800/2300

Стоянка разрешена……………………………..2800/3400

Препятствиями для всеобъемлющего внедрения одностороннего движения являются значительное осложнение при пользовании маршрутным пассажирским транспортом из-за увеличения дальности пешеходных подходов, а также увеличение пробега автомобилей к объектам тяготения. Проявление этих недостатков зависит от геометрической схемы расположения улиц. Оно является минимальным при наличии прямоугольной сетки улиц и расстояния между параллельными путями до 250-300 м.

Неблагоприятной является радикально-кольцевая структура, после которой расстояния между соседними радиальными магистралями по мере удаления от центра резко увеличиваются. Поэтому в интересах пассажиров МПТ при переходе на одностороннее движение на сети улиц с радиально-кольцевой схемой в ряде случаев сохраняют встречное движение троллейбусов и автобусов, осуществляя, таким образом, неполное (частичное) одностороннее движение.

В связи с тем, что на некоторых городских магистралях и пригородных дорогах транспортные потоки в различные часы или даже дни недели приобретают определенное направление движения, для пропуска явно преобладающих потоков оказывается целесообразной организация реверсивного (переменного) одностороннего движения. Примером являются магистрали, ведущие в административные центры городов, по которым в утренний час пик происходит прибытие автомобилей, а по окончании рабочего дня - их выезд.

Преимущества одностороннего движения настолько значительны, что в практике оперативной организации движения приходится прибегать к нему в некоторых случаях хотя бы временно при любой схеме УДС. Так, например, во время массовых спортивных соревнований, демонстраций, при ремонте дорог без временного введения одностороннего движения по отдельным магистралям вообще становится невозможным обеспечить достаточно быстрый и безопасный пропуск транспортных потоков.

Может быть предложена следующая классификация одностороннего движения:

- полное постоянное;

- полное временное;

- неполное (частичное);

- реверсивное (переменное).

Как упоминалось, условием, которое может препятствовать введению одностороннего движения, является взаимная удаленность параллельных путей.

Для сохранения достаточного удобства подъезда к объектам одностороннее движение можно вводить, если на расстоянии до 350 м имеется параллельно проходящая улица, по которой можно организовать движение в противоположном направлении, и соединительные поперечные проезды на расстоянии не более 200 м. Эти условия главным образом связаны с обеспечением удобства обслуживания населения маршрутным пассажирским транспортом.

Проявления других недостатков одностороннего движения - некоторые затруднения с ориентировкой водителей и пешеходов в первый период после введения такой системы движения, повышение скорости транспортного потока, опасное для улиц с жилой застройкой, - могут быть в значительной мере предупреждены. Для этого необходимо обеспечить надлежащий надзор за движением и хорошую информацию участников дорожного движения в период их адаптации к новым условиям.