Система автоматизированного проектирования организации дорожного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально технический университет

имени академика З. Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Система автоматизированного проектирования организации дорожного движения

Абдулин Родион Александрович

Костанай 2013

Содержание

Введение

1. Системы автоматизированного проектирования дорожного движения

1.1 Проблемы автоматизации проектирования транспортных объектов

1.2 Возможности современных САПР дорожного движения

1.3 Использование систем спутникового позиционирования для сбора данных о транспортных системах

2. Организация дорожного движения в городах

2.1 Элементы улиц и дорог и их параметры

2.2 Светофорное регулирование

2.3 Расчет длительности циклов светофорного регулирования и его элементов

3. Практические мероприятия по организации дорожного движения

3.1 Исследование транспортной сети г. Костаная

3.2 Одностороннее движение

3.3 Анализ эффективности предложений

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Актуальность проблемы обуславливается следующими объективными фактами:

Каждый современный город - это скопление объектов промышленности, населения, транспорта, большого числа объектов повседневного и инженерного обслуживания. Городу нужна система надежных и скоростных способов доставки людей и грузов в необходимую точку, что потенциально возможно лишь при наличии довольно развитой улично-дорожной сети, современных транспортных сооружений и соответствующего количества транспортных средств.

В типичном современном городе, уличная сеть которого формировалась 100-200 лет назад, в XX веке территория возросла в 2-3 раза, население - в 4-5 раз, а количество персональных транспортных средств - в 60-80 раз. Во многих странах транспортная проблема является одной из самых острых: пропускная способность улиц недостаточна, скорость автомобиля малая, происходит загрязнение воздуха выхлопными газами, имеются и многие другие негативные последствия процесса автомобилизации, рост которой в последние годы особенно резко наблюдается в Республике Казахстан.

Система мероприятий по решению транспортной проблемы городов должна учитывать тенденции развития улично-дорожной сети, легкового, грузового и массового пассажирского транспорта, включать в себя весь комплекс методов улучшения организации и повышения безопасности движения транспорта, совершенствование градостроительного проектирования и управления дорожным движением.

К недостаткам современной практики управления и проектирования улично-дорожной сети следует отнести отсутствие методики расчета структуры магистральной сети, расчетов основных параметров транспортной системы, определение рациональных режимов движения потоков автомобилей и соответствующего обеспечения дорожных условий.

Традиционный подход к расчету пропускной способности каждого перегона магистралей не позволяет оценивать качество работы улично-дорожной сети города. Емкость сети, средние режимы движения автомобилей в планировочном районе или в целом по городу, как правило, вычисляются лишь после начертания варианта трассирования магистралей. Следствием этого является также и затруднения в оценке перспектив развития транспортной системы города.

Отсутствие комплексных исследований по проблеме проектирования и управления развитием улично-дорожной сети города приводит к упрощенному анализу транспортной системы, дающему приближенные результаты. При малом количестве транспортных средств, что было характерно для 60-80-х годов, такой подход был допустим и не приводил к значительным осложнениям в развитии города.

Для существующих объемов жилищного строительства в стране и тенденций автомобилизации населения в России необходимо реконструировать или создать вновь ежегодно порядка 600 км городских магистралей. Решение этой задачи связано с потребностью научно-обоснованного решения транспортной проблемы города, необходимостью разработки новых методов ее решения.

Существующие методы расчета улично-дорожной сети города получили свое обоснование еще в 50-70-е гг., когда транспортная проблема не являлась 5 главенствующей. Имевшаяся система магистралей обеспечивала необходимую емкость, а основная цель реконструкции улиц заключалась в улучшении условий движения транспорта.

Наметившаяся позднее и получающая определенное развитие тенденция реконструкции и расширения городов в условиях интенсивной автомобилизации населения СССР уже требовала существенной перестройки улично-дорожной сети. В настоящее время транспортная проблема города обострилась как никогда и нуждается в комплексном подходе к проектированию и управлению улично-дорожной сети городов, созданию новых принципов и обновлении всех методологий проектирования и функционирования городских транспортных систем.

Главным при решении этой проблемы должна быть комплексность:

- во-первых, при анализе транспортных проблем в городе необходимо учитывать градостроительные особенности селитебной территории в целом, т.е. рассматривать транспортную проблему как одну из составных частей архитектурно-планировочного и инженерно-градостроительного проектирования города;

- во-вторых, при решении собственно транспортной проблемы учитывать составляющие ее подсистемы и элементы, а также взаимосвязь между ними; в-третьих, обоснование проектных решений по развитию улично-дорожной сети города должно учитывать возможности автоматизированных систем управления дорожным движением.

Именно с этой актуальной проблемой и связано исследование, посвященное анализу инженерно-градостроительных основ проектирования и управления развитием улично-дорожной системы городов.

Управление развитием городов и их составных элементов (подсистем) является одной из главнейших проблем нашего времени, от решения которой во многом зависят условия проживания миллионов людей и эффективность общественного производства.

Улично-дорожная сеть города должна не только обеспечивать необходимые режимы и объемы движения автомобильного транспорта, но и являться основой пространственно-планировочного членения селитебной территории, обеспечивающей наилучшее функционирование всех необходимых элементов труда, быта и отдыха. Дорожно-транспортные характеристики магистралей и всей сети в целом должны назначаться таким образом, чтобы они обуславливали не только оптимальные режимы движения автомобилей, но и снижали воздействие транспорта на окружающую среду.

Таким образом, наряду с мерами организации дорожного движения, которые могут быть решены при проектировании автомагистралей и разработке генеральных планов городов, существует необходимость в оперативной организации дорожного движения на всей улично-дорожной сети. Практика проектирования и эксплуатации городской застройки показывает, что улично-дорожная сеть г. Костаная не удовлетворяет новым требованиям роста и развития автомобильного парка города, особенно транспорта общего пользования, увеличению городского населения. Дорога, как одна из составляющих частей системы «дорожное движение», несёт колоссальные нагрузки, а недостаточный учет вопросов организации пешеходного движения приводит к наращиванию ненормальных условий ее функционирования. Поэтому возможность изучения и совершенствования транспортной сети с применением новых технологий позволит решить основную задачу - безопасность дорожного движения.

Известный западногерманский градостроитель Х.Б. Рейхов так формулирует одну из основных задач организатора движения: «Лучшим…будет тот проектировщик, которому удастся создать систему движения, меньше других стесняющую его (пешехода) инициативу и собственное чувство ответственности. [1]

Цель работы - анализ инженерно-градостроительных основ проектирования и управления развитием улично-дорожной системы городов, базирующихся на анализе транспортно-планировочных и организационно-управленческих задач и процессов, связанных с пропуском транспортных потоков, разработкой комплексной методологии автоматизированного проектирования развития города.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Проанализировать тенденции развития улично-дорожной сети городов, обобщение опыта использования автоматизированных систем проектирования и управления развитием улично-дорожной сети городов.

2. Проанализировать методологии инженерно-градостроительного проектирования и управления развитием улично-дорожной сети городов.

3. Проанализировать возможности и определить рациональные направления использования автоматизированных систем управления развитием и проектированием улично-дорожной сети городов.

4. Описать и проанализировать современную организацию городского дорожного движения.

5. Выявить недостатки организации городского дорожного движения.

6. Разработать мероприятия по улучшению организации городского дорожного движения.

Методы исследования. Методологической и теоретической основой дипломной работы являются методы общей теории систем, теории управления и автоматизации проектирования, математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики. В ходе выполнения дипломной работы использованы научные положения градостроительной науки, теории транспортных потоков, экономико-математических методов обоснования проектных решений развития городов и их транспортных систем.

Объект исследования: система автоматизированного проектирования организации дорожного движения.

Предмет исследования: организация дорожного движения в г. Костанае. В дипломной работе сформулированы научно-обоснованные положения, выводы и результаты по проектированию и стратегическому управлению развитием транспортной системы города, как единого комплекса общегородской структуры градостроительного формирования населенного места, чем обуславливается теоретическая значимость результатов работы.

1. Системы автоматизированного проектирования дорожного движения

1.1 Проблемы автоматизации проектирования транспортных объектов

город транспортный светофорный дорога

Проблемы автоматизации проектирования транспортных объектов широко известны. В связи с отсутствием типовых решений, особенно в населенных пунктах [1, 2, 3], особое внимание, как правило, уделяется автоматизации проектирования ОДД (дислокации дорожных знаков, нанесению дорожной разметки и расстановки ограждений различного типа, расчету светофорного регулирования и проектированию светофорных объектов и т.д.). Конечно, проектирование шаблонов знаков маршрутного ориентирования уже достаточно формализовано и решения даются легко (правда, опять-таки, в типовых случаях - пример, CREDO), а остальные вопросы, увы, пока не решены.

Необходимо особо остановиться на широко распространенных программных продуктах САПР (CAD - Computer Aided Design) ОДД, изготовленных компанией TRL (Transport Research Laboratory, Великобритания) [4]:

1) проектирование кольцевых пересечений ARCADY (Assessment of Roundabout Capacityand Delay) - программа позволяет при заданных параметрах транспортной нагрузки спроектировать кольцевой перекресток, оценить эффективность предлагаемой и существующей организации движения на этом перекрестке; в программе можно изменять размеры разделительных полос, делать смещения входов, наносить дорожную разметку, расставлять с конкретной привязкой дорожные знаки, а также оценивать пропускную способность созданного проектировщиком перекрестка; одним из неоспоримых плюсов является то, что в программе проектировщик может самостоятельно организовать пешеходное или велосипедное движения, например, организовать движение по разделительной полосе, оградить доступ пешеходам посредством устройства ограждения;

2) проектирование нерегулируемых перекрестков PICADY (Priority Intersection Capacity and Delay); программа позволяет проектировать нерегулируемые пересечения стандартной конфигурации (трех- и четырехсторонние, с разделительными полосами, островками безопасности и т.д.) в зависимости от параметров транспортной нагрузки, оценивать пропускную способность перекрестка при различных вариантах ОДД и проектируемых геометрических его параметрах; посредством данного программного комплекса можно оценить задержки транспорта на главных и второстепенных направлениях, момент исчерпания пропускной способности, когда начнут образовываться очереди и необходимо проводить дальнейшее совершенствование;

3) проектирование регулируемых перекрестков OSCADY (Optimised Signal Capacity and Delay) - программа позволяет по имеющимся исходным данным (интенсивность движения транспортно-пешеходных потоков, геометрические параметры перекрестка) рассчитать параметры светофорного цикла и определить задержки транспорта с последующей функцией их минимизации (или максимизации пропускной способности регулируемого перекрестка), оценивать эффективность управления и ОДД на изолированном светофорном объекте; она может применяться для стандартных регулируемых перекрестков (до пяти входов) и пешеходных переходов; строит картограммы интенсивности и неравномерности движения (по времени суток и дням недели), рассчитывает варианты светофорного регулирования для пиковых и межпиковых, а также свободных от нагрузки режимов с определением длины очереди для любых конфликтующих направлений движения на перекрестке.

С нашей точки зрения, требуется создание единого программного комплекса, который бы мог работать со всеми видами конфликтных объектов при разработке планировочных решений: очевидно, что регулируемый перекресток является и нерегулируемым одновременно, когда отключена светофорная сигнализация или работает она в режиме «желтое мигание». Более того, известно много случаев, когда выполняются кольцевые перекрестки с регулированием (полным либо частичным). Плюс ко всему, специфичным для регулируемого перекрестка является вопрос прокладки питающих контроллер кабелей, затем от контроллера - контрольных к светофорам, детекторам транспорта, вызывным табло и иным периферийным устройствам.

Представляется, что основой может являться программа, проектирующая именно светофорный объект - регулируемый пешеходный переход или перекресток, а по необходимости некоторые опции могут быть устранены (например, исключена установка светофоров).

Информационная база для проектирования представляет собой массивы параметров, характеризующих объект управления и режимы функционирования системы (в соответствии с рисунком 1). Необходимо отметить, что подготовка информационной базы является одним из наиболее трудоемких процессов.

Разрабатываемые технологии и программное обеспечение предназначены для:

а) создания, разработки и последующего формирования дислокации ТСОДД с использованием электронной карты УДС, предоставляемой Заказчиком;

б) отображения, визуализации и актуализации данных о дислокации ТСОДД на электронной карте УДС;

в) создания базы данных и информационно-справочной системы по ТСОДД (место размещения, вид и способ крепления, пространственные и временные характеристики, история обслуживания, зона и сроки действия и пр.);

г) предоставления справочной информации о дислокации ТСОДД (перечень и структура отчетов);

д) подготовки заданий на производство работ по установке, монтажу и демонтажу ТСОДД, учету выполнения заданий на производство работ по установке ТСОДД;

е) учета выполнения работ по обслуживанию и заявок на обслуживание ТСОДД.

Рисунок 1. Структура информационной базы САПР АСУ ДД.

Разработка средств взаимодействия пользователя с программным комплексом включает:

- функции оценки и отбора, просмотра информации в графическом режиме по объектам электронной карты и по карте в целом;

- внесения на карту информации об изменении ТСОДД (модернизации, устройству и пр.);

- предоставления в диалоговом режиме по соответствующему иерархическому запросу информации о ТСОДД (все действия реализуются в качестве графических и текстовых пометок, изменения данных в базе данных и снабжаются текстовыми пояснениями и справками с единым источником ввода информации).

База данных (БД) ТСОДД состоит из 6 разделов (в соответствии с рисунком 2):

1) дорожные знаки (каталоги);

2) оборудование по установке дорожных знаков и световой рекламы, управляемых дорожных знаков и расходные материалы;

3) оборудование светофорных объектов (в том числе, дорожный контроллер, подключаемое информационное панно, детекторы транспорта и пр.);

4) пешеходные ограждения и направляющие устройства;

5) дорожная разметка;

6) кабельные сети (способ проложения, канализация).

Разделы различаются структурой (количеством и содержанием полей БД). Общими являются координаты для нанесения их подоснову (электронную карту) с последующей их масштабной привязкой и некоторые активные поля (например, текущее состояние).

Отдельным модулем программа реализует следующие выходные документы, которые также могут быть отпечатаны или помещены на внешний носитель:

ФОРМА 1 - инвентаризация средств регулирования движения по светофорам;

ФОРМА 2 - инвентаризация средств регулирования движения по знакам;

ФОРМА 3.1 - установка средств регулирования движения за указанный период (светофоры);

ФОРМА 3.2 - установка средств регулирования дорожного движения за указанный период (дорожные знаки);

ФОРМА 3.3 - установка средств регулирования дорожного движения за указанный период (нанесение дорожной разметки);

ФОРМА 4 - акт на списание по типам знаков за указанный период (тоже по светофорам и иным ТСОДД с четкой дефектовкой и комплектацией);

ФОРМА 5 - перечень аварий и очагов за определенный период с указанием места и причин возникновения (в соответствии с карточкой).

Рисунок 2. Основные составляющие базы данных по проектированию ОДД в системе САПР.

Планируется, что пользователь системы будет иметь возможность вычертить (отредактировать или внести коррективы) карту участка УДС с нанесенными ТСОДД, перечень которых определяется полем фильтров (запросов), заявленных к исполнению.

Карта отображается по отдельным элементам (объектам) с необходимым уровнем детализации (названия улиц, контуры домов, опоры освещения, контуры светофоров и дорожных знаков и т.п.), наносящимися на нее в качестве дополнительной послойной подосновы, готовится и заполняется исполнителем в рамках данного договора или по отдельному договору (стоимость данных работ оговаривается с заказчиком отдельно).

Исполнитель сможет вычертить электронную карту (по координатам):

- со всеми светофорами и оборудованием для их установки (в соответствии с рисунком 3);

- со всеми демонтированными ДЗ, светофорами и пешеходными ограждениями, искусственными неровностями;

- с кабельными сетями и канализацией;

- паспорта светофорных объектов (цикл регулирования, режим работы светофорных объектов) и прочее в стандартных, воспринимаемых системой, пакетах (Autodesk (Autocad), Corel Draw и др.).

Необходимо отметить, что при внедрении системы, либо специалистами СМЭП, либо проектировщиком, в пустую базу данных можно перенести имеющиеся в СМЭП данные по дислокации ТСОДД и размещению кабельных сетей, а также в дальнейшем разрабатывать и вносить изменения по дислокации в соответствии с требованиями эксплуатирующей ТСОДД организации (обслуживать и в дальнейшем наполнять БД, модернизировать ее).

Однако сегодня необходимо внедрить методики определения эффективности, определения потерь в дорожном движении, чтобы приведенные в программе расчеты, были легитимны.



Рисунок 3. Схема организации дорожного движения (размещение ТСОДД).

1.2 Возможности современных САПР дорожного движения

Системы автоматизированного проектирования (САПР) получили широкое распространение в дизайне, строительстве и современном производстве. Программы класса САПР дают возможность частично оптимизировать проектирование технологических процессов, позволяя сократить временные и трудозатраты. Данные системы позволяют увеличить точность создаваемых чертежей, 3D-моделей, технологических и конструкторских документов различной направленности.

САПР - автоматизирует оформление документации и использует технологии параллельного планирования, достигается это за счет повторного использования проектных решений и наработок. Данная система использует математическое моделирование за место макетирования. Инструменты, разработанные Alibre, IMSI/Design, Autodesk, Graphisoft и Consistent Software применяются в различных областях, с их помощью осуществляется проектирование в двумерной и трехмерной среде.

САПР служат для решения основных задач связанных:

- со строительным проектированием:

- информационное моделирование зданий

- документирование и проектирование инженерных коммуникаций

- объединение стадий разработки продукта промышленного и общего потребления

- визуализация 3D-моделей

- моделирование электронных систем

со стереоизображениями географических данных:

- обработка спутниковой информации

- обработка данных аэрофотосъемки

- хранение космических снимков и пространственных данных, а также управление их объемами

- основными поставщиками данных ГИС программ (геоинформационных систем), являются - Bowes и ESRI, LizardTech

с выполнением проектно-конструкторских работ для космической промышленности:

- симуляции летательных аппаратов

- разработкой данных специализированных инструментов занимаются Princeton Satellite Systems и Autodesk

с работой с графикой и анимацией:

- помогают в создании ярких визуальных эффектов

- конструирование качественных трехмерных изображений и моделей

- моделирование

- детальная обработка различных объектов

- работа с векторными изображениями

- работа с растровой графикой

- создание технической документации и чертежей любой сложности

- основными разработчиками CAD - платформ для архитекторов, графических художников и инженеров, являются- Autodesk, IMSI/Design, «ИНФРАСОФТ», Efficad, Pitney Bowes и APM

Транспортная система и улично-дорожная сеть играют одну из главенствующих ролей в обеспечении удобств и безопасности городского движения, удовлетворении постоянно растущих культурно-бытовых потребностей горожан, эффективности их трудовой деятельности. Автотранспортный парк Казахстана постоянно растет. Количество транспортных средств, принадлежащих индивидуальным владельцам, увеличивается.

Если учесть, что на каждого человека, пользующегося легковым автотранспортом, требуется площадь проезжей части улицы, равной в среднем 30 м² (против 2 м², необходимых пассажиру автобуса), то перед всеми специалистами в той или иной степени связанными с городским движением, встает сложнейшая проблема создания оптимальных условий сосуществования транспорта и жителей городов.

В условиях ускоренных темпов автомобилизации особую остроту приобретает проблема борьбы с аварийностью и ее последствиями.

С ростом размеров городского движения на первое место выдвигается задача создания условий, обеспечивающих высокие скорости, комфортность и безопасность движения. Решение ее возлагается на всех специалистов организации движения.

Для обеспечения безопасности движения транспортных средств и пешеходов, максимального снижения потерь от задержек в движении, а также для создания удобств при пользовании общественным и индивидуальным транспортом необходимо постоянно совершенствовать уличную и дорожную сети путём комплексных инженерных и организационных мероприятий по контролю и управлению движением и быстрой ликвидации выявленных «узких» мест.

Предшествующий опыт показывает, что даже на вновь построенных по современным проектам улицах и дорогах уже в начальной период эксплуатации возникает необходимость:

- изменения схем движения;

- введения средств регулирования и информации;

- надзора за движением и других мер.

Эти меры отвечают за изменения:

- интенсивности;

- составу движения транспортных средств;

- скорости движения транспортных средств и пешеходов;

- климатическим условиям;

- постоянным изменениям в структуре городов;

- подвижности населения и т.д.

Тем более такая деятельность необходима на старых улицах и дорогах, не рассчитанных на современные транспортные потоки.

Таким образом, наряду с мерами организации дорожного движения, которые могут быть решены при проектировании автомагистралей и разработке генеральных планов городов, существует необходимость в оперативной организации дорожного движения на всей улично-дорожной сети. Практика проектирования и эксплуатации городской застройки показывает, что улично-дорожная сеть г. Костаная не удовлетворяет новым требованиям роста и развития автомобильного парка города, особенно транспорта общего пользования, увеличению городского населения. Дорога, как одна из составляющих частей системы «дорожное движение», несёт колоссальные нагрузки, а недостаточный учет вопросов организации пешеходного движения приводит к наращиванию ненормальных условий ее функционирования. Поэтому возможность изучения и совершенствования транспортной сети с применением новых технологий позволит решить основную задачу - безопасность дорожного движения.

Основные методы исследования дорожного движения представлены на рисунке 4.



Рисунок 4. Структурная схема классификации основных методов исследования дорожного движения.

В своей дипломной работе мы рассматриваем возможность добавить к методам исследования дорожного движения графоаналитический метод, который нашёл своё воплощение в прогрессивных системах координированного регулирования светофорами.

Транспортная сеть своего рода «кровеносная система» города, области, она соединяет разные его участки, «рвёт» пространство на отдельные части своими магистралями и дорогами.

1.3 Использование систем спутникового позиционирования для сбора данных о транспортных системах

Спутниковый мониторинг транспорта - система мониторинга подвижных объектов, построенная на основе систем спутниковой навигации, оборудования и технологий сотовой или радиосвязи, вычислительной техники и цифровых карт. Спутниковый мониторинг транспорта используется для решения задач транспортной логистики в системах управления перевозками и автоматизированных системах управления автопарком.

Принцип работы заключается в отслеживании и анализе пространственных и временных координат транспортного средства. Существует два варианта мониторинга:

- online - с дистанционной передачей координатной информации;

- offline - информация считывается по прибытию на диспетчерский пункт.

На транспортном средстве устанавливается мобильный модуль, состоящий из следующих частей: приёмник спутниковых сигналов, модули хранения и передачи координатных данных. Программное обеспечение мобильного модуля получает координатные данные от приёмника сигналов, записывает их в модуль хранения и по возможности передаёт посредством модуля передачи.

Модуль передачи позволяет передавать данные, используя беспроводные сети операторов мобильной связи. Полученные данные анализируются и выдаются диспетчеру в текстовом виде или с использованием картографической информации.

В offline варианте необходимость дистанционной передачи данных отсутствует. Это позволяет использовать более дешёвые мобильные модули и отказаться от услуг операторов мобильной связи.

Мобильный модуль может быть построен на основе приёмников спутникового сигнала, работающих в стандартах NAVSTAR GPS или ГЛОНАСС. В настоящее время в постсоветском пространстве активно продвигается и лоббируется использование сигналов спутников ГЛОНАСС, разработка и производство клиентского оборудования мониторинга для этой системы. Принят ряд законодательных актов, которые форсируют внедрение ГЛОНАСС и ограничивают применение других систем. При этом, в сравнении с NAVSTAR GPS, система ГЛОНАСС пока работает менее надёжно и в совокупности с наземным оборудованием даёт большую погрешность вычисления местоположения абонента.

Клиентское оборудование ГЛОНАСС стоит дороже, имеет большие размеры и худшие параметры энергопотребления, представлено на рынке не так широко, как GPS [5, 6]. Этим объясняется сложность внедрения ГЛОНАСС - мониторинга и вынужденное его использование государственными предприятиями стран постсоветского пространства .

Следует ожидать появления оборудования мониторинга, использующего оба стандарта или возможность выбора спутниковой группировки в процессе эксплуатации [7].

Системы спутникового мониторинга транспорта решают следующие задачи:

- мониторинг включает определение координат местоположения транспортного средства, его направления, скорости движения и других параметров: расход топлива, температура в рефрижераторе и др. Системы спутникового мониторинга транспорта помогают водителю в навигации при передвижении в незнакомых районах;

- контроль соблюдения графика движения - учёт передвижения транспортных средств, автоматический учёт доставки грузов в заданные точки и др.;

- сбор статистки и оптимизация маршрутов - анализ пройденных маршрутов, скоростного режима, расхода топлива и др. транспортных средств с целью определения лучших маршрутов;

- обеспечение безопасности - возможность определения местоположения помогает обнаружить угнанный автомобиль.

В случае аварии система спутникового мониторинга помогает передать сигнал о бедствии в службы спасения. Также на основе спутникового мониторинга транспорта действуют некоторые системы автомобильной сигнализации.

Система спутникового мониторинга транспорта включает следующие компоненты:

- транспортное средство, оборудованное GPS или ГЛОНАСС контроллером или трекером, который получает данные от спутников и передаёт их на серверный центр мониторинга посредством GSM, CDMA или реже спутниковой и УКВ связи. Последние два актуальны для мониторинга в местах, где отсутствует полноценное GSM-покрытие, таких как Сибирь или Дальний Восток [8];

- серверный центр с программным обеспечением для приёма, хранения, обработки и анализа данных;

- компьютер диспетчера, ведущего мониторинг автомобилей [9, 10].

Использование систем спутникового мониторинга повышает качество и эффективность работы корпоративного транспорта, и в среднем на 20-25% снижают расходы на топливо и содержание автопарка [11].

2. Организация дорожного движения в городах

2.1 Элементы улиц и дорог и их параметры

Для исследования методов изучения дорожного движения необходимо иметь представления о составляющих этого метода, это, прежде всего, дорога.

Полосой отвода называется полоса местности, отведенная под автомобильную дорогу, и связанные с ней устройства.

Ширина собственно дороги определяется шириной земляного полотна, ограниченного внутренними откосами боковых канав (кюветов).

Проезжей частью называется основная часть дороги, предназначенная для движения транспортных средств.

Иногда на дорогах высшей категории устраивают две самостоятельные проезжие части, разделенные посередине полосой зелени, которая служит для разграничения встречных транспортных потоков. Как правило, проезжая часть имеет твердое покрытие из бетона, асфальтобетона, булыжника, щебня, гравия и т.д. По бокам проезжей части устраивают земляные обочины, являющиеся упором для дорожной конструкции и используемые для остановок, проезда гужевого транспорта, тракторов и других машин и механизмов которым запрещается двигаться по проезжей части из-за опасности повреждения дорожного покрытия.

Внешней бровкой называется грань, образованная наружными откосам кювета и поверхностью земли.

Внутренней бровкой называется грань, образованная внутренним откосом кювета и наружным краем обочины, являющейся границей земляного полотна.

Обрезами называются полосы земли, остающиеся между внешними бровками и границами полосы отвода.

Обрезы используются для складирования снегозащитных щитов, ремонтных материалов, объезда ремонтируемых участков дороги и т.п.

Улицей называется часть территории города или населенного пункта, ограниченная красными линиями кварталов и предназначенная для движения транспортных средств и пешеходов. Под улицей или городской дорогой понимается любой проезд независимо от принятого названия: проезд, переулок, тупик, проспект, бульвар, набережная.

Улица имеет проезжую часть, предназначенную для движения транспортных средств, и тротуары - для движения пешеходов.

Обычно проезжую часть покрывают асфальтобетоном, брусчаткой, булыжниками и т. п., а тротуары асфальтируют или мостят.

Иногда посредине улицы проходит полоса зеленых насаждений, разделяющая встречные транспортные потоки. В таком случае образуется две проезжие части с движением только в одном направлении.

По ряду соображений на улицах устанавливаются иногда движение только в одном направлении: такие улицы называются улицами одностороннего движения.

В соответствии с таблицей 1 автомобильные дороги, в зависимости от их назначения и перспективной интенсивности движения, подразделяются на 5 категорий [12].

Таблица 1. Классификация автомобильных дорог

Автомобильные дороги	Перспективная интенсивность движения в авт/сутки	Технологическая категория автомобильной дороги
Общегосударственного значения	Свыше 6000	I
Основные магистральные дороги республиканского значения: транспортная связь между важнейшими экономическими районами, крупными административными, промышленными и культурными центрами	От 3000 до 6000	II
Республиканского или областного значения: транспортная связь между экономическими и административными районами, промышленными и культурными центрами	От 1000 до 3000	III
Местного, хозяйственного административного и культурного значения: Транспортные связи внутри районов	От 2000 до 1000	IV
Местного, хозяйственного, административного и культурного значения: Транспортные связи внутри районов и отдельных хозяйств	Менее 200	V

В соответствии с таблицей 2 в зависимости от назначения улицы города дороги подразделяются на четыре категории в соответствии с действующими строительными нормами и правилами.

Таблица 2. Классификация улиц и дорог

Категории улиц и дорог	Основные назначения улиц и дорог
Скоростные дороги	Скоростная транспортная связь отдаленных районов населенных мест (пунктов) между собой и с крупными промышленными районами, расположенными за пределами постоянного места (пункта), а также с автомобильными дорогами общей сети, с развязкой движения в разных уровнях и обеспечением непрерывности движения транспорта.
Магистральные улицы	Общегородское значение: транспортная связь между жилыми, промышленными, складскими районами, а также с центром населенного пункта, объектами общегородского значения (вокзалами, парком, стадионом и др.), со скоростными автомобильными дорогами с разведкой движения в одном или разных уровнях. Районного значения: местные транспортные связи в пределах жилых и промышленных районов, транспортная связь между жилыми и промышленными районами, с магистральными улицами общегородского значения и скоростными дорогами.
Улицы и дороги местного значения	Жилых микрорайонов (производственных зон): транспортная и пешеходная связь отдельных промышленных предприятий и складов с магистральными улицами. Поселковые: внутрипоселочные транспортные и пешеходные связи, транспортные связи с производственными зонами, а также с автомобильными дорогами общей сети. Проезды: транспортная связь внутри микрорайонов или группы жилых домов с улицами местного движения, подъезда к отдельным объектам промышленных районов (производственных зон)
Пешеходные дороги	Пешеходная связь на территории группы жилых домов, микрорайонов и жилых районов с местами приложения труда, местами отдыха и общественными центрами, пунктами культурно-бытового обслуживания, с остановками пунктами общественного транспорта. Прогулочные аллеи в парках, лесопосадках.

Величина продольного уклона может выражаться в процентах, промилях и десятичных дробях.

В соответствии с таблицей 3, если улица на протяжении 100 метров поднимается или опускается на 4 метра, ее продольный уклон равен 0,04 или 4%, или 40/00.

Таблица 3. Основные параметры городских улиц и дорог

Улицы и дороги	Расчетная скорость в км/час	Наибольший продольный уклон в %	Расчетное расстояние видимости в м	Наименьшие радиусы в метрах
			Поверхности улицы	Встречного автомобиля	В плане	Вертикальные выпуклые кривые	Вертикально вогнутые кривые
Скоростные дороги	120	40	175	350	600	10000	2000
Магистральные улицы: Общегородского значения Районного значения	100 80	50 60	140 100	280 200	400 250	6000 4000	1500 1000
Улицы и дороги местного движения: Жилые Промышленных и жилых районов Проезды Пешеходные дороги	60 60 30 -	80 70 80 80	75 75 40 -	150 150 80 -	125 125 30 -	2000 2000 600 -	500 500 200 -

В соответствии с таблицей 4 размеры проезжей части улиц и городских дорог следующие.

Таблица 4. Размеры проезжей части улиц и дорог

Параметры	Ед. измерения	Категории горной улицы, дороги и проездов
		Скоростные дороги	Магистральные улицы	Улицы и дороги местного движения
			Общегородского движения	Районного движения	Жилые	Промышленных и складских районов	Поселков	Проезды
Число полос движения (наименьшее)	Шт.	4	4	4	2	2	2	1-2
Ширина одной полосы движения	м	3,75	3,5-3,75	3,5	3	3,5	3,5	2,75-3,5

При расчетной скорости движения 100 км/ч и более ширина одной полосы принимается 3,75 метра (при автобусном и троллейбусном движении - 3,5 метра, при движении легковых автомашин - 3 метра, при движении одиночных автомобилей для двухполосных проезжих частей - 2,75 метра) [13].

В случае необходимости ширину одной полосы движения определяют расчетом в зависимости от расположения каждой полосы в поперечном профиле, а так же от типа и скорости транспортных средств. В расчетную формулу вводят ширину транспортного средства (d), величину безопасного бокового промежутка между транспортными средствами (Z_n) при параллельном движении транспорта; (Z_b) при движении транспорта навстречу друг другу и величину зазора безопасности между транспортными средствами и бортом проезжей части (C).

Ширину полосы движения, расположенной у борта проезжей части, определяют по формуле:

В_кр=d+Z_п+С(1)

Ширину полосы движения, расположенной посредине половины проезжей части, находят по формуле:

В=d+2Z_п(2)

Ширина полосы, расположенной посредине проезжей части (примыкающая к встречному направлению), равна:

В=d+Z_п+Z_в(3)

В соответствии с таблицей 5 величины Z_п, Z_в, С зависят от скоростей движения согласно ГОСТ 9314-59. Наибольшая габаритная ширина автомашины d=2,5 метра. Практически для легковых и грузовых автомашин, автобусов и троллейбусов эта величина колеблется от 1,5 до 2,7 метров.

Кроме зазора безопасности (С) - расстояние между внешней плоскостью кузова и бортом проезжей части или ее кромкой, - в расчетах иногда фигурирует расстояние между центральной плоскостью заднего колеса автомашины и бортом (или кромкой) проезжей части.

Таблица 5. Элементы полосы проезжей части

Скорость обгоняющего автомобиля в км/час	40	50	60
Zп в м	1,02	1,08	1,13
Сумма скоростей встречных автомашин в км/час	60	80; 100; 120	150; 200
Zв в м	1,13	1,23; 1,33; 1,43	1,56; 1,76
Скорость движения автомашины в км/час	20	30; 40; 50	60; 80
С в м	0,59	065; 0,72; 0,77	0,83; 0,93

Определим по формулам доктора технических наук А.А. Полекова ширину внутренней полосы проезжей части, прилегающей к разделительной полосе для магистральной улицы общегородского значения с расчетной скоростью 100 км/час:

В_кр=d+Z_п+С;(4)

где d - ширина кузова легковой автомашины (1,8 метра);

С=0,4+0,02….=1,03 метра;

U - скорость движения автомашины (для нашего случая 100 км/час).

если Z_п=0,7+0,02…=1,33 метра

тогда В_кр=1,8+1,03+1,33=4,16 м…3,75 м

По исследованиям, проведенным в Московском автомобильно-дорожном институте, зазор безопасности от борта разделительной полосы до заднего колеса автомашины при скорости движения U=100 км/час равен у=180 см. При этом величина свеса 0,2 метра, зазор С=1,80-0,2=1,6 метра, а полная ширина полосы проезжей части окажется равной:

В_кр=1,8+1,6+1,33=4,73…3,75 м

т.е. больше, чем по СНиП для данной категории магистральной улицы.

В связи с изложенным необходимо отметить, что фактическая ширина проезжей части, не всегда может быть полностью использована водителем из-за наличия препятствий как непосредственно на ней, так и на расстоянии от нее (по обочине или разделительной полосе).

Зависимость ширины полосы проезжей части от скорости может быть также выражена по формуле профессора В. П. Великанова:

В=0,015U+b+0,3 м(5)

где В - ширина полосы в метрах;

U - скорость движения транспортного средства в км/ч;

b - габаритная ширина транспортных средств в м.

Расчет тротуаров

Для эффективной работы автотранспорта, его бесперебойного движения большую роль играет организация движения пешеходов, как второй составляющей системы «дорожное движение».

Организация движения пешеходов и обеспечение его безопасности - многоплановая проблема. Сложность решения этой проблемы объясняется во многом сильным влиянием психофизиологических факторов, затрудняющих применение математических и механических методов описания закономерностей пешеходного движения [14, 15, 16]

Обеспечение безопасности пешеходного движения тесно связано с решением вопросов создания для него комфортных условий, с необходимостью учета требований водителей транспортных средств и реальной градостроительной и транспортной ситуации

Вся совокупность технических средств, форм организации и методов управления движением должна представлять собой единую систему, направленную на решение общей задачи - обеспечение удобств и безопасности дорожного движения. Системный подход к проблеме предопределяет необходимость учета диалектики процесса.

Одной из основных функциональных задач является организация движения пешеходных потоков, которая должна предусматривать решение следующих специфических вопросов:

- обеспечение безопасности движения;

- назначение оптимальных маршрутов движения основных пешеходных потоков;

- разобщение транзитных пешеходных потоков с потоками, образованными при заполнении зданий и высвобождении их от людей;

- создание оптимальных условий (удобств) передвижения людей по коммуникационным путям, выражающееся в обеспечении минимальных затрат времени и энергии;

- обеспечение удобных и безопасных «контактов» переходов с транспортом путем рациональной организации остановок, стоянок, станций и вокзалов.

Поток людей подчиняется определенным закономерностям. Выявление этих закономерностей и использование их для создания населению оптимальных условий передвижения в застройке является задачей организаторов движения.

Интенсивность движения пешеходных потоков является одним из важнейших значений характеризующих загрузку пешеходного пути.

Для застройки общественно-торговых, комплексных, торговых и других городских узлов определяется средняя часовая устойчивая интенсивность движения (чел/ч) которая будет равна сумме 12 максимальных 15-минутных интенсивностей, разделенной на 12 и умноженной на 4

N=4·N_ч п/12 ед/ч(6)

Тогда получим: N=4·200·12/12=800 ед/ч.

Теперь определим расчетную величину пешеходного потока, расчет производится с учетом коэффициента перспективного увеличения движения.

N_p=N_k, ед/ч(7)

где N_p - полученная при проектировании интенсивность движения, чел/ч;

N - коэффициент, учитывающий прирост населения и увеличение его подвижности, N=1,3;

k - коэффициент сезонной неравномерности=1,1-1,3.

Получим:

N=800·1,3·1,3=1352 ед/ч (8)

Пешеходные коммуникации, как правило, используются для пропуска пешеходных потоков.

Кроме своего основного назначения также используется для размещения различного рода элементов обустройства путей (например, опор, мачт, деревьев и других элементов в пределах тротуаров, спусков для детских колясок в пределах лестниц и др.), то их ширина складывается из так называемой пешеходной части и дополнительных полос.

Расчетной является ширина пешеходной части (м), определяемая по формуле:

B=b_n·N_p/P, м (9)

где b_n - ширина одной полосы движения (для тротуаров и прочих пешеходных путей принимается равной - 0,75 м)

N_р - расчетная величина пешеходного потока на данном пути, чел/ч;

P - пропускная способность одной полосы движения, чел/ч (зависит от характера застройки и принимается равной: для тротуаров, расположенных вдоль красной линии при наличии в прилегающих зданиях магазинов 700 чел/ч; для тротуаров, отдельных от зданий с магазинами - 800 чел/ч; для тротуаров в пределах зеленых насаждений - 1000 чел/ч.) [17, 18].

Подставив свои значения, получим:

B=0,75·1352/700=1,4 м

общая ширина тротуара равна:

b=a+B+c, м(10)

где а - уширение тротуаров прилегающих к застройке с наличием входов и выходов в торговые и зрелищные здания, а так же при расположении на тротуарах витрин, щитов, тумб; а=0,5-1,5 м;

с - уширение тротуара при размещении на нем мачт освещения, опор контактного привода; с=0,5-1,5 м.

Зная все данные, получим минимальное и максимальное значение ширины тротуара:

B_max=1,5+1,4+1,5=4,4 м;

B_min=0,5+1,4+0,5=2,4 м.

Костанай является хлебным краем Республики Казахстан. В связи с этим наблюдается увеличение численности населения города, что в свою очередь будет отражаться на увеличении транспортных и пешеходных потоков. Поэтому в ближайшем будущем нужно будет произвести перерасчет ширины тротуаров с учетом повышения интенсивности пешеходных потоков.

Пешеходные переходы

Уличные пешеходные переходы необходимы для обеспечения безопасности движения. Кроме того, сосредоточение пешеходов в определенных пунктах для пересечения проезжей части делает возможным управление пешеходными и транспортными потоками, что, как правило, повышает пропускную способность улицы.

Эффективность пешеходных переходов обеспечивается в том случае, если они, лишь в небольшой степени удлиняют путь пешеходов, предоставляя при этом им реальные удобства или защиту от движущегося транспорта, по сравнению с пересечением улицы в любом другом месте. Лишь соблюдая эти условия, можно избежать частых нарушений пешеходами правил пересечения улиц.

По характеру регулирования движения людей наземные пешеходные переходы могут быть классифицированы на следующие группы:

1) нерегулируемые переходы;

2) переходы с неполным регулированием (оборудованные транспортными и пешеходными светофорами);

4) переходы с ручным регулированием движения.

Нерегулируемые переходы являются наиболее распространенными. Смысл их организации заключается в обозначении мест, где рекомендуется пешеходам пересекать проезжую часть, и состоит в том, чтобы исключить хаотическое движение пешеходов через проезжую часть и направить их в те места, где имеются удовлетворительные условия видимости. Поэтому важнейшими условиями организации нерегулируемых переходов являются правильный выбор мест перехода и их четкое обозначение [19].

В условиях нерегулируемого движения наибольшее значение приобретает проблема обеспечения безопасности движения пешеходов, которые попадают в аварийные ситуации не в результате своей недисциплинированности, невнимательности или неблагоприятного стечения обстоятельств, а в результате объективной логики развития дорожно-транспортной ситуации. Чаще всего это связано с ошибкой в оценке возможности перехода улицы или в преднамеренном принятии излишнего риска.

Вероятность вовлечения пешехода в происшествие во многом зависит от его способности предвидеть, прогнозировать развитие дорожной ситуации. В связи с этим приобретает особую важность осознание объективной логики развития дорожной ситуации, обработанность логики собственного поведения. От сознания объективной логики развития ситуации зависят правильность оценки и своевременность действий пешехода. Логика же собственного поведения определяет правильность его действий.

Пересечение проезжей части пешеходами может осуществляться без конфликта и с конфликтом с транспортными потоками. При без конфликтном пропуске пешеходов их движение регулируется пешеходным светофором, а при наличии конфликта - транспортными.

Кроме того, на незащищенных пешеходных переходах параметры пешеходного движения претерпевают некоторые изменения в связи с наличием конфликтов с транспортными потоками, причем данные конфликты могут быть четырех типов:

- с правоповоротным потоком в пункте его выезда с перекрестка;

- с левоповоротным транспортным потоком;

- с право- и левоповоротными потоками, использующими на выезде разные полосы проезжей части;

- с правоповоротным транспортным потоком в пункте его выезда на перекресток.

Наличие указанных точек конфликта оказывает влияние на параметры не только пешеходного движения, но и транспортного. Таким образом, в качестве основных параметров движения пешеходов по регулируемым переходам принимаются: показатель подчиняемости пешеходов сигналам светофора; скорость движения пешеходов в ее взаимосвязи с плотностью потока.

Скорость движения пешеходов при пересечении проезжей части. Исследования скорости движения пешеходов по регулируемому пешеходному переходу необходимо для вычисления длительности сигнала светофора, разрешающего движение пешеходов.

Расчет скорости движения пешеходов через проезжую часть для каждого перекрестка рассматриваемой улицы приведен ниже в разделе «Расчет длительности цикла и его элементов».

На основании графиков распределения средней скорости пешеходов можно сделать вывод о несущественной разнице в скорости пешеходов, движущихся в «прямом» и «обратном» направлениях. Скорость движения пешеходов через дорогу с двусторонним транспортным движением несколько выше, чем через дорогу с односторонним движением. Но разница не настолько велика, чтобы можно было предположить влияние характера транспортного движения на скорость пешеходов. Скорее всего, здесь сказывается наличие «запаздывающих» автомобилей, пересекающих переход уже при разрешающем движении пешеходов сигнале светофора на дороге с двусторонним движением.

Среднее значение скорости движения пешеходов, начинающих пересечение проезжей части при разрешающем сигнале пешеходного светофора, равно 1,668 м/с, при запрещающем сигнале - 1,665 м/с, т.е. вид сигнала пешеходного светофора не оказывает существенного воздействия на скорость движения [20].

Анализ движения пешеходов показывает наличие значительных изменений скорости по длине перехода, причем колебания скорости проявляются в большей степени на переходах через дорогу с двусторонним транспортным движением и у пешеходов, не ориентирующихся на сигналы пешеходного светофора.

Скорость по мере удаления от тротуара растет от 1,3-1,4 до 1,7-1,8 м/с. Пешеходы ускоряют движение, желая быстрее миновать наиболее опасный участок перехода. На середине проезжей части наблюдается снижение скорости. Это снижение более резко проявляется у пешеходов, начавших движение при запрещающем сигнале светофора. Объясняется это необходимостью для пешеходов вновь оценивать транспортную ситуацию (уже на второй половине проезжей части) и производить выбор приемлемого для дальнейшего движения интервала в транспортном потоке.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что независимо от наличия или отсутствия островка безопасности пешеходы производят оценку транспортной ситуации лишь на ближайшей половине проезжей части, а после ее пересечения вновь производят оценку транспортной ситуации для второй половины проезжей части.