Методика оценки эффективности решений, принимаемых по организации дорожного движения в зоне железнодорожных переездов

Анализ аварийности распределения по дням недели показал, что наибольшее количество ДТП произошло в пятницу (63 ДТП), наименьшее в субботу (56 ДТП). Диаграмма распределения представлена в приложении А на рисунке А.3.

Анализ аварийности по времени суток показал, что наибольшее число ДТП произошло в период времени с 8:00 до 12:00 (111 ДТП). Это можно объяснить ростом интенсивности ТС. Наименьшее количество ДТП произошло с 0:00 до 4:00 (24 ДТП), когда интенсивность транспортных средств на автомобильных дорогах невелика. Диаграмма распределения аварийности по времени суток представлена в приложении А на рисунке А.4.

Количество ДТП при распределении по областям показало, что абсолютные показатели по аварийности наблюдаются в Минской 101 (ДТП) и Брестской (82 ДТП) областях, наименьшее количество ДТП произошло в Гродненской (52 ДТП) и в Витебской (53 ДТП) областях. Диаграмма распределения представлена в приложении А на рисунке А.5. При приведении показателя количества совершённых ДТП к числу переездов, расположенных в соответствующей области Республики Беларусь, выяснилось, что наибольший удельный показатель приходится на Минскую область. Диаграмма распределения представлена в приложении А на рисунке А.6. В таблице 2.1 представлена информация о количестве ЖДП в областях РБ.

Таблица 2.1 - Количественное распределение ЖДП по областям Республики Беларусь

Область	Кол-во ЖДП
Брестская	329
Витебская	371
Гомельская	309
Гродненская	250
Минская	303
Могилёвская	244

Наибольшее число столкновений ПСЖД произошло с легковыми автомобилями (283 ДТП), наименьшее число с автобусами (3 ДТП), велосипедами (3 ДТП), мотоколясками (3 ДТП). Диаграмма распределения аварийности по видам ТС представлена в приложении А на рисунке А.7, количество произошедших ДТП по видам ТС представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Количественный анализ аварийности по видам ТС

Анализ аварийности по видам ТС
Вид ТС	Кол-во ДТП
Легковой автомобиль	283
Грузовой автомобиль	56
Автобус	3
Мотоцикл	8
Трактор	42
Гужевой транспорт	7
Велосипед	3
Мотоколяска	3

Количественный анализ аварийности показал, что 387 ДТП произошло на неохраняемых переездах без дежурного и 18 ДТП на охраняемых переездах. Низкое количество происшествий объясняется общим количеством переездов с дежурными и ТСОДД на данных переездах, диаграмма представлена в приложении А на рисунке А.8. При приведении количества произошедших ДТП к числу переездов разного типа, получаем, что распределение аварийности составляет 49% на переездах охраняемого типа и 51% на переездах неохраняемого типа. Диаграмма представлена в приложении А на рисунке А.9. Объясняется это тем, что на переездах охраняемого типа интенсивность движения автомобильного транспорта выше, а следовательно, вероятность нарушений ПДД со стороны водителей также выше.

Диаграмма распределения по видам нанесённого ущерба представлена в приложении А на рисунке А.10. Как уже говорилось выше, всего произошло 211 ДТП, в которых был причинён только материальный ущерб без причинения вреда здоровью людей, 135 ДТП, в которых получили ранения люди, увечья различной степени тяжести, 59 ДТП, в которых наступила летальный исход хотя бы одного человека.

В приложении А на рисунке А.11 показаны относительные показатели аварийности в зависимости от уровня оборудования ЖДП. ТСОДД должны быть ориентированы на создание условий движения, при которых обеспечивается своевременное информирование водителей о наличии и состоянии ЖДП, а также предотвращаются действия, угрожающие БД.

2.2 Качественный анализ аварийности на ЖДП

Во многом качественный анализ аварийности является субъективным мнением автора, на основании которого подводятся основные итоги и заключения. Основная причина аварий (98% всех происшествий) - это недисциплинированность и невнимательность водителей АТС при движении по этим особо опасным участкам дорог. Остальные 2% распределяются следующим образом: техническая неисправность автомобилей, связанная с отказом тормозной системы - 1%; техническая неисправность ТС, связанная внезапной остановкой автомобиля на ЖДП и невозможностью запуска двигателя - 1%. Даже при грамотных действиях водителей, машинистам не всегда удаётся остановить ПСЖД во избежание столкновения, а водителям, в свою очередь, не всегда хватает времени для того, чтобы убрать автомобиль с железнодорожного полотна на переезде. Однако, за исследуемый период зарегистрировано 12 случаев, когда столкновения удалось избежать при экстренном торможении ПСЖД. В приложении Б на рисунке Б.1 представлена диаграмма, отображающая вероятностные причины возникновения ДТП.

Высокая концентрация ДТП на ЖД переездах оборудованных АСС, АСС и шлагбаумом обусловлена на части переездов достаточно высокой интенсивности движения ТС и ЖД составов, отсутствием фиксации нарушений, беспечностью со стороны водителей ТС, отсутствием доверия у водителей ТС к системам сигнализации, зачастую невыполнением нормативных требований треугольника боковой видимости между участниками ДД, чрезмерное время простоя автомобилей в ожидании разрешения на проезд ЖДП. Также есть и сопутствующие факторы, такие как: состояние лиц, управляющих ТС, погодные условия, состояние ПЧ, обзорность автомобиля, геометрические параметры ПЧ и др. Анализ аварийности показал, что 51 ДТП совершено в состоянии алкогольного, что является отягчающим фактором и, возможно в части случаев, причиной совершения столкновения. Диаграмма, отображающая долю водителей АТС, находившихся в состоянии алкогольного опьянения, представлена в приложении Б на рисунке Б.2.

Во многом на внимание водителей и видимость дорожной обстановки оказывают влияние погодные условия. Установлено, что 271 ДТП произошло в ясную погоду, 73 ДТП произошло в пасмурную погоду, 61 ДТП произошло при выпадении осадков. Соответственно можно сделать вывод о том, что при плохих погодных условиях водители ведут себя более внимательно, осторожно, нежели в ясную погоду, когда преобладает беспечность со стороны водителей. Распределение аварийности в зависимости от погодных условий представлено в приложении Б на рисунке Б.3.

На устойчивость автомобиля, помимо технического состояния ТС, оказывает влияние состояние ПЧ. Был проведен анализ состояния покрытий на момент столкновения. Результаты показали, что 197 ДТП произошло на сухом покрытии, 110 ДТП произошло на влажном покрытии, 98 ДТП произошло на заснеженном покрытии. Таким образом, водители ведут себя более осторожно на покрытиях с меньшим коэффициентом сцепления и более раскованно на сухом покрытии. В приложении Б на рисунке Б.4 представлена диаграмма распределения аварийности в зависимости от состояния ПЧ.

Подводя итоги можно сказать о том, что в следствием любого происшествия на ЖДП является нарушение ПДД со стороны водителей. Наиболее актуально совершенствование условий движения на ЖДП без дежурного, оборудованных АСС для водителей АТС, на которые приходится наибольшее количество ДТП (70% с участием автодорожных и железнодорожных ТС). Нарушения правил дорожного движения водителями связана с тем, что во многих случаях они безнаказанно нарушают установленный регламент движения и имеют возможность объехать полушлагбаум (на переездах с АСС и шлагбаумом). Провоцирует водителей на нарушения чрезмерное время ожидания на ЖДП. Время закрытия ЖДП в настоящее время не соответствует реальной скорости движения ПСЖД в связи с тем, что устройства АСС рассчитаны на максимальную скорость движения поезда (140 км/ч) и минимальную скорость движения АТС (8 км/ч). Это приводит к продолжительной задержке АТС у ЖДП, особенно в местах, где поезда следуют со скоростью в среднем не более 60 км/ч.

Следовательно, недисциплинированность водителей можно объяснить излишними простоями АТС у ЖДП вследствие недостаточной эффективности в работе переездной сигнализации и средств заграждения. Треугольники боковой видимости зачастую не соответствуют нормативным документам. Вблизи переездов часто расположены лесопосадки, посты дежурных по переезду, на прозрачность треугольника боковой видимости влияют геометрические характеристики как ПЧ, так и ЖД полотна, инженерные сооружения, а также погодные условия, время суток, обзорность из автомобиля.

2.3 Топографический анализ аварийности

Данный вид анализа отображает очаги на местности, где совершаются аварии. В данном дипломном проекте был произведён топографический анализ, представленный в графической части проекта. Топографический анализ показал, что ДТП совершались во всех областях Республики Беларусь, обнаружено 213 очагов аварийности, на которых за 12 лет совершено 405 ДТП. Наибольшая концентрация ДТП наблюдается на участках железной дороги от г. Городея до г. Фаниполь, от г. Минск до г. Борисов, от г. Минск до г. Осиповичи, от г. Минск до г. Молодечно, от г. Бобруйск до г. Жлобин, от г. Жлобин до г. Гомель, от г. Витебск до д. Езерище, от г. Лида до г. Сморгонь, от г. Гродно до г. Мосты, от г. Мосты до г. Волковыск, от г. Волковыск до г. Слоним, от г. Брест до г. Ивацевичи, от г. Кобрин до г. Житковичи, от г. Брест до г. Высокое, также очаги присутствуют в областных городах Брест, Гомель, Могилёв, Витебск, Минск. В частности в областных городах таких как Минск и Гомель зарегистрированы столкновения на сортировочных станциях на переездах, расположенных на подъездных путях ЖД.

3. Анализ существующей организации дорожного движения на объектах исследования

3.1 Общие сведения

В качестве объектов исследования были рассмотрены ЖД переезды различного типа. Наибольшим ЖД дорожным узлом не только Беларуси, но и Европы, является Барановичский железнодорожный узел. Территориально г. Барановичи расположен в Брестской области, юго-западнее центральной части Беларуси. Непосредственно в самом городе насчитывается 5 ЖД переездов на главных путях (3 из них охраняемые, 2 - неохраняемые), около 9 переездов на подъездных путях, большинство которых практически недействующие.

3.2 Охраняемый ЖД переезд вне населённого пункта

В качестве ЖД переезда охраняемого типа вне населённого пункта, как объекта исследования, был рассмотрен переезд, расположенный в Барановичском районе недалеко от городской черты г. Барановичи, на ул.Слонимское шоссе в сторону автомобильной дороги республиканского типа Р1. Данная улица имеет 2 полосы для движения АТС в обе стороны. Ширина ПЧ на подходах к ЖДП составляет 8 метров, ширина полос по 4 метра соответственно. Дорожное покрытие можно охарактеризовать на ней как хорошее, кроме мест пересечения с ЖД путями. Согласно СТБ 1291-2007 дефекты дороги в виде выбоин не должны превышать 0,09 м² по площади и не более 5 см глубиной. Непосредственно на исследуемом переезде присутствуют дефекты покрытия, превышающие нормативные значения. Согласно СТБ 1291-2007 не допускается отклонение верха головки рельса железнодорожных путей, расположенных в пределах проезжей части, относительно уровня покрытия более 2,0 см. На железнодорожных переездах не допускается возвышение междурельсового настила над верхом рельсов более 3,0 см. На данном объекте исследования железнодорожный настил возвышается на 1,5 см, что соответствует нормативным показателям. Помимо ДЗ, представленных в графической части дипломного проекта, на подходах к ЖДП установлены ДЗ 1.4. На ПЧ нанесена разметка 1.1 по 50 метров до переезда с обеих сторон. Расстояние от ЖД рельса до шлагбаума 8,5 метров. Треугольники боковой видимости на данном переезде не обеспечены. Это связано с наличием лесного массива вдоль автомобильной дороги, наличием заводской территории, согласно схеме, представленной в графической части дипломного проекта. Железнодорожный переезд представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема охраняемого ЖДП вне населённого пункта

3.3 Неохраняемый ЖД переезд вне населённого пункта

В качестве ЖД переезда неохраняемого типа вне населённого пункта был рассмотрен переезд, расположенный в Барановичском районе в 3-х километрах от г. Барановичи и непосредственно вблизи черты городского посёлка Русино. ПЧ имеет 2 полосы для движения АТС в обе стороны и её ширина на подходах к ЖДП составляет 7 метров, ширина полос по 3,5 метра соответственно. Дорожное покрытие можно охарактеризовать на ней как хорошее. На исследуемом переезде дефекты покрытия отсутствуют. На ЖДП железнодорожный настил уложен вровень с ПЧ, что соответствует нормативным показателям. На данном объекте исследования в 2012 году был выполнен капитальный ремонт по восстановлению дорожного покрытия и дорожных настилов. В виде настилов применены железобетонные плиты. На данном объекте исследования дислокация дорожных знаков соответствует СТБ 1300 - 2012. На ПЧ нанесена разметка 1.1 по 50 метров до переезда с обеих сторон и разметка 1.7 на перекрёстке перед ЖДП согласно графической части проекта. Следует отметить то, что перед ЖДП установлен дорожный знак 2.5. Разметка 1.12 в виде стоп-линии отсутствует. Расстояние от ЖД рельса до ДЗ 2.5 составляет 9 метров. Треугольники боковой видимости на данном переезде не обеспечены. Это связано с наличием лесного массива вдоль автомобильной дороги, наличием частного сектора, согласно схеме, представленной в графической части дипломного проекта. ЖДП представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема неохраняемого ЖДП вне населённого пункта

3.4 Охраняемый ЖД переезд в населённом пункте

В качестве ЖД переезда охраняемого типа в населённом пункте был рассмотрен переезд, расположенный в г. Барановичи. ПЧ имеет 4 полосы для движения АТС в обе стороны на удалении от переезда в 38 и 35 метров соответственно. Непосредственно перед ЖДП ПЧ имеет 2 полосы для движения в результате сужения четырёхполосной ПЧ. Ширина полос составляет 3,5 метра. Дорожное покрытие можно охарактеризовать на ней как хорошее. На подходах к ЖДП дефектов покрытия не обнаружено. Согласно СТБ 1291-2007 на железнодорожных переездах не допускается возвышение междурельсового настила над верхом рельсов более 3,0 см, а также сдвиги и волны на покрытии капитального типа должны быть не более 3 см. На ЖДП железнодорожный настил имеет сдвиги более 3 см и составляет около 5 см, что не соответствует нормативным показателям. На данном объекте исследования применены резиновые настилы. На ПЧ нанесена разметка 1.1 по 20 метров и по 15 метров до переезда с обеих сторон соответственно. С обеих сторон от переезда расположены перекрёстки. Разметка 1.12 в виде стоп-линии отсутствует. Расстояние от ЖД рельса до шлагбаума составляет 7 метров. На ЖДП установлено 151 метр дорожных ограждений 2 группы, что исключает вероятность появления пешеходов на проезжей части или нарушения ПДД со стороны пешеходов при переходе ПЧ. Дислокация ТСОДД представлена в графической части дипломного проекта. Треугольники боковой видимости на данном переезде не обеспечены. Это связано с наличием зелёных насаждений вдоль железной дороги, частично треугольник боковой видимости перекрыт территорией частного сектора, согласно схеме, представленной в графической части дипломного проекта. Железнодорожный переезд представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Схема охраняемого ЖДП в населённом пункте

3.5 Охраняемый ЖД переезд в населённом пункте

В качестве ЖД переезда неохраняемого типа в населённом пункте был рассмотрен переезд, расположенный в г. Барановичи. ПЧ имеет двухстороннее движения АТС. Непосредственно перед ЖДП со стороны завода «Бархим» есть съезд на грунтовую дорогу, ведущую в частный сектор вдоль ЖД путей. Ширина проезжей части составляет 13 метров. Дорожное покрытие можно охарактеризовать на ней как удовлетворительное. Дорожное покрытие имеет дефекты в виде выбоин и не превышает нормативные значения. На ЖДП железнодорожный настил имеет сдвиг по отношению к ПЧ около 7 см, а междурельсовый настил 2 см сдвиг по отношению к торцовой части настила. Следует отметить то, что выступ настила составляет не более 3 см, однако он имеет подъём 4 см, что при движении автомобиля с определённо скоростью создаёт инерциальные перегрузки, влияющие на техническое состояние автомобиля. Именно поэтому на данном объекте исследования характеристики дорожного покрытия не соответствуют нормативным правовым актам в области дорожного движения.

На данном ЖДП существующая дислокация ТСОДД представлена в графической части проекта. Следует отметить, что дорожная разметка отсутствует, что не отвечает требованиям СТБ 1300-2012 о том, что разметка 1.1 наносится перед железнодорожными переездами от ближнего рельса до разметки 1.12, а также в местах, где запрещен обгон всем транспортным средствам. Обгон ТС по ПДД запрещён за 100 м перед железнодорожными переездами. При отсутствии ТСОДД водители ТС должны останавливаться не ближе, чем за 10 метров до ближайшего рельса. Треугольники боковой видимости на данном переезде не обеспечены. Это связано с наличием промышленных зон, зелёных насаждений, наличием гаражей, частного сектора и застроек, геометрических характеристик ЖД путей, наличия ЖД станции «Пост №1». Однако следует заметить то, что ПСЖД движется с меньшей скоростью на повороте, что влияет на условия безопасного движения. Железнодорожный переезд представлен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Схема неохраняемого ЖДП в населённом пункте

безопасность железнодорожный аварийность

4. Моделирование, экспериментальные и расчётные исследования

4.1 Общие положения

Для исследования процесса движения ТП и рационального управления ими наибольшее распространение получили теоретические методы, основанные на разработке математических моделей, позволяющих установить соотношения между наиболее важными характеристиками этого процесса. К сожалению, многие математические выражения, моделирующие с разной степенью точности внутренние процессы в ТП, в малой степени опираются на экспериментальное изучение условий движения автомобилей и нуждаются в совершенствовании и адаптации к современным условиям.

Натурные исследования являются единственным способом получения наиболее объективной информации о ТП и позволяют дать точную характеристику о нем. Сущность этих исследований заключается в фиксации конкретных показателей и характеристик ТП в течение заданного промежутка времени. Ввиду постоянного развития технических средств, применяемых как для получения первичных данных, так и для последующей их обработки, и факторов, влияющих на характеристики движения, существует большое многообразие методов проведения натурных экспериментов. Повышение эффективности проведения этих исследований достигается посредством рационального планирования эксперимента [6, 7, 16].

Существующая теория ТП, базирующаяся на многолетних исследованиях, дает основание выделить три качественно различных варианта движения ТС в потоке на некотором (достаточно протяженном) участке дороги, которые можно условно назвать свободным, групповым и зависимым. В свободном потоке сравнительно малой интенсивности скорость движения ТС близка к скорости свободного движения. При этом распределение интервалов в потоке носит случайный (вероятностный) характер. Состояние свободного ТП характеризуется независимым движением отдельных ТС, составляющих поток. Взаимодействие между автомобилями в режиме свободного движения настолько мало, что его можно не учитывать и этим фактором пренебречь. С увеличением количества ТС на УДС происходит уменьшение пространственных и временных интервалов между автомобилями (уплотнение потока). При этом взаимодействие ТС в потоке неизбежно. Режим движения любого автомобиля в потоке определяется законом движения соседних с ним ТС.

Такое состояние характерно для т.н. «плотных ТП», к которым относятся групповое и зависимое состояния ТП. Особенность режима движения ТС в этих условиях заключается в том, что водителям навязывается скорость движения потока, которая задается водителями направляющих автомобилей. Скорость «коллективно» движущихся ТС в любых дорожных условиях ниже отдельно идущих автомобилей. Чем больше интенсивность движения, тем меньше средняя истинная скорость движения ТС в потоке и среднее расстояние между автомобилями. Скорость движения отдельных ТС в плотном ТП беспрерывно изменяется в большую или меньшую сторону. Групповому движению ТС присущ процесс «пачкообразования» в потоке, т.е. расчленение потока на отдельные группы (пачки). При этом состоянии ТП наблюдаются несколько большие интенсивности движения, чем в свободных условиях и взаимодействие ТС в потоке довольно существенно.

Скорость движения сложившихся групп ТС определяется скоростью лидера группы. Между тем, каждое ведомое ТС, за исключением последнего номера в группе, является лидером по отношению к следующему за ним автомобилю. Изменение ускорения любого лидера в группе становится причиной структурных изменений в потоке. При этом скорость высокоскоростных ТС в потоке снижается. Характерным примером образования группового потока является процесс убытия автомобилей из очереди, образовавшейся у ЖДП. Пачки в потоке, возникающие после прохождения АТС через ЖДП, по мере движения по перегону относительно медленно распадаются, и поток на некотором участке имеет ярко выраженную групповую форму. Формирование групп в ТП на ЖДП в связи с существенно более низкими скоростями движения через них по сравнению с прилегающими участками дорог является достаточно частым явлением.

Максимально возможная интенсивность убытия автомобилей из очереди характеризуется потоком насыщения, который является одним из наиболее важных параметров при светофорном регулировании [15]. Математическое описание динамики формирования групп ТС на УДС, а также их поведения в различных условиях движения в рамках вероятностного подхода к моделированию ТП достаточно подробно изложены в работе [21]. Анализ этих работ, показывает, что использование стохастических моделей дает возможность определить фактические характеристики движения автомобилей различных групп в зависимости от состава и интенсивности движения на дорогах. Дистанция между ТС, движущимися группами на загруженных участках дорог, неодинаковая и определяется действием большого числа факторов, поэтому для анализа этого явления возможно применение закона редких событий.

Для математического описания движения по дороге группы ТС, в которых рассматривается расстояние между автомобилями и их скорость используют уравнения теории «следования за лидером» [20]. Анализ проводимых исследований преобразования потоков автомобилей на дорогах показывает [9, с. 48, рисунок 3.2], что по мере возникновения стабильности в ТП аварийные потери снижаются. Результаты исследований деформации плотных ТП в процессе движения через ЖДП также имеют много пробелов, что обусловлено отсутствием надежных методов их изучения. Использование теоретических разработок, которые с теми или иными условностями пригодны для применения в этих целях, не позволяет удовлетворительно решать насущные задачи ОДД. Режимы движения автомобилей на ЖДП и подходах существенно отличаются от режима движения ТС на остальных участках дороги. Это отличие зависит как от конструктивных особенностей ЖДП (их габаритов, ровности проезжей части и др.), так и от психофизиологических факторов, связанных с восприятием водителем условий движения на переезде. ЖДП являются местом резкого снижения скорости и увеличения плотности ТП при неизменном уровне интенсивности движения. Эти изменения относятся к характерным особенностям процесса движения ТП через ЖДП, что необходимо учитывать для достоверного теоретического описания таких ДТС и оценки степени соответствия принятых проектных решений предъявляемым требованиям.

Большой научный и практический интерес представляет изучение процесса убытия автомобилей из очереди у ЖДП, при котором наблюдаются особенно небольшие скорости движения и высокая плотность ТП. При этом одними из основных характеристик, которые необходимо определить, являются распределение временных интервалов между автомобилями, следующими друг за другом по одной полосе движения, средних скоростей движения ТС в потоке, а также закономерность набора скорости лидером очереди. В целом эти характеристики изучены в мировой практике и не являются препятствием при разработке проектов ОДД в зоне ЖДП [12].

Однако имеются недостаточно изученные вопросы, связанные с особенностями и закономерностями движения ТП на ЖДП в процессе образования и разгрузки очереди. Кроме того, рост уровня автомобилизации и улучшение эксплуатационных качеств современных ТС требует обновления данных о характеристиках ТП в различных условиях движения. Уточнение распределения временных интервалов и скоростей движения является весьма важным для оценки достоверности решений, принимаемых по ОДД в зоне ЖДП. Скорость движения потока и дисперсия интервалов между следующими друг за другом автомобилями служат параметрами распознания предзаторовых ДТС. По своей сути процесс разгрузки очереди АТС - это динамический во времени процесс, подверженный влиянию различных факторов.

Исследования показывают, что при включении зеленого сигнала светофора интервалы времени между убывающими автомобилями от стоп-линии перекрестка, начиная с 5-7 номеров в очереди, являются постоянными для данной очереди (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Распределение временных интервалов при разгрузке очереди легковых автомобилей от стоп-линии регулируемого перекрестка

Величина установившегося интервала убытия легковых автомобилей из очереди Тн, образующейся у перекрестка, составляет порядка 2 с. Распределение интервалов убытия других типов ТС из очереди изменяются также по закону, близкому к показанному на рисунке 4.1. Однако величина этих интервалов у грузовых автомобилей и автобусов, примерно, на 50% больше, чем у легковых [6]. Величину времени, которая превышает величину установившегося интервала для каждого номера очереди, называют потерянным [7]. Процессу движения ТП в зоне ЖДП присущи свои особенности и закономерности. Известно, что одним из наиболее значимых факторов, снижающих величину потока насыщения, является наличие помех на проезжей части, в частности присутствие неровностей дорожного покрытия. Наблюдения за движением ТП через железнодорожное полотно, а также фактор наличия на переезде конструктивных неровностей проезжей части в виде настила и рельсов позволили сформировать гипотезу о прогрессирующем падении скорости ТС в потоке, вследствие движения автомобилей через неровности ЖДП, что непосредственно связано с возникновением возмущений в потоке, приводящих к задержкам, КС и ДТП.

Методы непосредственного наблюдения за движением ТП дают достаточный материал, однако неизбежно ограничены спецификой местных условий и не позволяют сделать общие выводы и дать достоверные рекомендации. Поэтому настоящая работа в совокупности с экспериментальным изучением режимов движения ТП в зоне ЖДП направлена на разработку теоретических решений, позволяющих проводить исследования «коллективного» движения ТС на исследуемых объектах УДС в различных условиях. При этом ставится задача повышения адекватности теоретического описания исследуемого объекта по сравнению с известными методическими решениями, что позволит выявить резервы пропускной способности ЖДП и повысить БД потоков автомобилей.

4.2 Экспериментальные и расчётные исследования

Экспериментальные и расчётные исследования производились по методике БНТУ [15]. Были произведены замеры интенсивности в наиболее нагруженные периоды времени, получены данные о составе транспортного потока, произведены замеры скорости на подходах к ЖДП, а также производились измерения временных интервалов и замеры, связанные с определением средней скорости движения ТС через ЖДП. Результаты исследований на охраняемом ЖДП вне населённого пункта представлены в приложении В. Результаты исследований на неохраняемом ЖДП вне населённого пункта представлены в приложении Г. Результаты исследований на охраняемом ЖДП в населённом пункте представлены в приложении Д. Результаты исследований на неохраняемом ЖДП в населённом пункте представлены в приложении Ж.

Проделанный анализ показал , что с момента начала разгрузки очереди интервалы между автомобилями выходят на некоторый стационарный режим, независимый от позиции ТС в исследуемом ряду, только после пересечения стоп-линии (створ линии шлагбаума) 11-м автомобилем очереди. Вместе с этим, имеются основания выделить некоторые особенности изменения интенсивности убытия ТС в зависимости от их порядкового номера в очереди. Так, имеют место достаточно ярко выраженные фазы роста, спада и установившейся интенсивности разгрузки очереди. Рост интенсивности убытия автомобилей из очереди наблюдается в начальный период разгрузки очереди, когда стоп-линию (створ линии шлагбаума) пересекают первые 4 автомобиля. Начиная с 5-го номера очереди, интервалы между автомобилями заметно увеличиваются, в результате чего происходит накопление потерянного времени.

Фаза спада интенсивности убытия автомобилей заканчивается в районе 9-11 номера очереди. После этого скорость движения ТС в створе линии шлагбаума несколько увеличивается и постепенно стабилизируется, интервалы также стабилизируются и начинают зависеть, в основном, только от разгонной динамики и длины автомобиля. Установившийся интервал Тн убытия ТС из очереди в конечной фазе достаточно устойчиво сохраняется. При приближении непосредственно к пересечению железнодорожного полотна водители, как правило, снижают скорость движения (или переходят в режим равномерного движения без ускорения и замедления) и преодолевают неровности проезжей части на ЖДП также с меньшей величиной скорости, чем на подходе к переезду.

При этом возникают перепады скоростей движения ТС в потоке, обусловленные мотивацией водителей увеличить дистанцию безопасности между автомобилями. Это сопровождается потерями времени, которые накапливаются по мере роста номера в очереди. Следует отметить прогрессирующее падение скорости у всех автомобилей, составляющих поток, после снижения скорости автомобиля, двигавшегося в данном потоке первым. Прогрессирующее снижение скорости ведомых ТС в потоке также наблюдается в результате снижения скоростей движения лидирующей группой автомобилей очереди. Процесс прогрессирующего падения скорости можно представить следующим образом. Лидер очереди снижает скорость (V1), достигнутую на подходах к ЖДП, до скорости (V2), определяемую дорожными условиями переезда, на который он въезжает. Наблюдения показали, что последующее ТС снижает скорость на большую величину и, следовательно, между минимальными скоростями появляется разность:

V = V1 - V2, (4.1)

где V - величина нарастания снижения скорости на один автомобиль, м/с.

ВеличинаV зависит от степени уменьшения скорости и отрицательного ускорения первых автомобилей очереди. Снижение скорости может происходить с отрицательными ускорениями разной величины. Чем больше величина отрицательного ускорения лидеров, тем меньше интенсивность потока и больше вероятность возникновения вынужденной остановки ТС. При 14 и более автомобилях в очереди и резком снижении скорости (приблизительно в 2 раза и более) часто происходит остановка последних ТС очереди и возникает затор, т.е. чем больше величина отрицательного ускорения, тем меньше номер автомобиля в очереди, который вынужден остановиться. Длина затора увеличивается тем быстрее, чем больше превышение интенсивности ТП на подходах к ЖДП над пропускной способностью этого участка дороги.

Возникающие перепады скоростей изменяют плотность ТП по длине очереди. При этом в районе железнодорожного полотна происходит образование зоны повышенной плотности, которая смещается против движения к концу очереди. Такой процесс разгрузки очереди ТС является неустойчивым, приводит к задержкам, возникновению заторов, КС и ДТП. В эксплуатационных условиях, зачастую, состояние ЖДП и подходов к ним, не позволяет двигаться АТС со скоростью более 5 км/ч. С учетом этих обстоятельств, общего количества действующих ЖДП, а также многократности их закрытия для движения в течение суток видна целесообразность изыскания путей, направленных на сокращение задержек АТС. Не менее актуальной является также задача повышения безопасности взаимодействия ТС в потоке. Наблюдения показали, что решение этих задач возможно путем рационального размещения стоп-линии у ЖДП. Место остановки лидера является одним из определяющих факторов эффективности процесса убытия ТС из очереди. Кроме того установлено, что интервалы между автомобилями при разъезде очереди у ЖДП зависят от позиции ТС в очереди, разгонной динамики и длины автомобиля, а также от числа путей пересекаемых автомобильной дорогой.

4.3 Математическое моделирование

4.3.1 Математическое моделирование как метод исследование режимов движение ТС через ЖДП

Существующая теория ТП ввиду увеличения транспортной подвижности населения, наличия и постоянного развития компьютерной техники непрерывно развивается. При решении проблем ОДД с помощью компьютерной техники приходится прибегать к описанию ТП математическими методами. В связи с этим неуклонно происходит дальнейшее пополнение арсенала таких методов.

Сложились следующие два основных подхода к исследованию зависимостей между основными параметрами (интенсивность, скорость, плотность) ТП: макроскопический и микроскопический.

При макроскопическом подходе ТП рассматривается как целостный процесс, т.е. исследуется совокупность всех ТС и средние значения основных характеристик потока. События, происходящие внутри ТП, как правило, не рассматриваются. Основная область применения макромоделей ТП - анализ, прогнозирование и исследование транспортных систем большого объема. В свою очередь, микроскопический подход характеризуется теоретическим описанием отдельных ТС и взаимодействия между ними, т.е. исследуются внутренние процессы в ТП, происходящие, например, при изменении дистанции и скорости между двумя следующими друг за другом автомобилями. Все имеющиеся на сегодняшний день модели ТП можно разделить на следующие три класса: модели-аналоги; вероятностные (стохастические) модели; модели «следования за лидером».

В моделях-аналогах движение ТС уподобляется какому-либо физическому потоку (гидро и газо-динамические модели) [6].

В стохастических моделях ТП рассматривается как вероятностный процесс. Основанием для построения таких моделей являются законы редких событий [21].

В моделях следования за лидером существенно предположение о наличии функциональной связи между перемещением ведомого и ведущего ТС [20].

В зависимости от способа представления внутренних процессов, протекающих в ТП, различают: аналитические и имитационные модели ТП [21].

Для аналитического моделирования характерно то, что процессы взаимодействия автомобилей в ТП описываются математическими соотношениями (алгебраическими, интегрально-дифференциальными и т.п.) и логическими условиями.

Для имитационного моделирования характерно воспроизведение процесса движения отдельных ТС в потоке во времени с сохранением взаимосвязей между ними.

При проезде ПЖД рассматривается ТП, движущийся по одной полосе проезжей части, в котором каждый водитель, за исключением лидера «колонны», вынужден отслеживать и подчиняться режиму движения лидирующих ТС. Обгоны, опережения и перестроения из одной полосы в другую в рассматриваемой группе ТС отсутствуют. На основе наблюдений и особенностей движения автомобилей в плотном ТП в основу алгоритма положены следующие основные допущения:

· стремление водителя ведомого автомобиля поддерживать расстояние до автомобиля-лидера в пределах от минимально безопасного d_min до максимально допустимого d_max, а также двигаться со скоростью лидера.

· водитель ведомого автомобиля реагирует на изменение режима движения лидера по истечении времени реакции (t_p ).

Реакция водителя на изменение режима движения лидирующего ТС зависит от режима движения управляемого им автомобиля. При этом выделяются шесть основных состояний, в которых может находиться ТС:

1. Остановка (скорость и ускорение ТС равны нулю).

2. Движение со скоростью лидера (в т.ч. с ускорением или замедлением, расстояние до лидера находится в пределах номинальной дистанции от d_min до d_max).

3. Разгон (увеличение скорости до скорости лидера и сокращение дистанции до номинальной).

4. Торможение (снижение скорости до скорости лидера и увеличение дистанции до номинальной).

5. Выравнивание скоростей после разгона (снижение скорости до скорости лидера для поддержания номинальной дистанции после её достижения).

6. Выравнивание скоростей после торможения (увеличение скорости до скорости лидера для сохранения номинальной дистанции после её достижения).

Перечисленный набор переменных режимов движения (состояний) позволяет полностью описать движение автомобилей в плотном ТП.

При проезде ПЖД рассматривается ТП, движущийся по одной полосе проезжей части, в котором каждый водитель, за исключением лидера «колонны», вынужден отслеживать и подчиняться режиму движения лидирующих ТС. Обгоны, опережения и перестроения из одной полосы в другую в рассматриваемой группе ТС отсутствуют. Алгоритм моделирования включает следующих два этапа:

Первый этап: определение режима движения лидера, исходя из заданных значений ускорения и граничной скорости лидера

Второй этап: определение режима движения ведомого автомобиля. Ускорение ведомого ТС определяется в зависимости от соотношения скоростей и ускорений лидера и ведомого, дистанции между ними, а также режима движения ведомого. В ходе выполнения дипломного проекта использовалась математическая модель, разработанная на кафедре «Организация автомобильных перевозок и дорожного движения». Данный алгоритм учитывает новые, непосредственно оказывающие влияние на исследуемый объект факторы и характеристики, что дает возможность более полно учесть и отразить специфику движения ТП на дорогах с участками ограничения скорости и тем самым увеличить достоверность получаемых при моделировании результатов. Общая блок-схема усовершенствованного моделирующего алгоритма представлена в приложении К.

4.1.3 Компьютерная программа и примеры результатов моделирования

Следует отметить, что моделирование будет производиться на одном из объектов исследования, после чего будут найдены закономерности и сделаны выводы для всех ЖДП. Исследовательская компьютерная программа составлена на алгоритмическом языке «Pascal». Разработанные версии позволяют выполнять следующие две основные функции:

1. Определение характеристик движения ТП на дорогах с участками ограничения скорости путем проведения пошаговых численных расчетов для последующего их анализа и обработки. Причем, показатели характеристик движения всего ТП и каждого автомобиля можно определять как на всем исследуемом участке автомобильной дороги, так и на отдельных ее элементах.

2. Вывод на экран монитора графического отображения движения потока автомобилей через участок ограничения скорости, что позволяет путем визуальных наблюдений за исследуемым объектом оценивать поведение как всего потока в целом, так и отдельных ТС его составляющих. Примеры графических изображений представлены в приложении Л на рисунках Л.1 и Л.2.

Были проведены эксперименты по определению факторов влияния на время проезда ЖДП. Результаты моделирования приведены на рисунках 4.2-4.5. Представлены графики движения лидера и ведомого ТС в следующем режиме: лидер разгонятся до 10 м/с, затем снижает скорость до 5 м/с, и после - до нуля (рисунок 4.3). Изменение дистанции между автомобилями dS показано на рисунке 4.4. В качестве исходных данных для всех автомобилей были приняты следующие: RE(I) = V0; J_max = 2 м/с²; Кэ_i = 1,2; J_td = 2,0 м/с²; Jpd = 0,5 м/с²; J_{T min} = 0,5 м/с²; l = 4 м; t_p = 0,9 с; t_v = 3 с; dt = 0,01 с; ц = 0,7.

Рисунок 4.2 - Графики изменения скорости движения лидера и ведомого автомобиля

Графики зависимости времени проезда ТП через участок ограничения скорости при различной его протяженности приведены на рисунке 4.5, при различных значениях допустимой скорости - на рисунке 4.6.

Увеличение протяженности участка ограничения скорости и снижение допустимой величины скорости движения на нем также ведет к увеличению времени проезда ТП через исследуемый отрезок пути, что и следует из зависимостей, приведенных на рисунках 4.4 и 4.5. Таким образом, полученные результаты отображают на графиках факторы влияния на время проезда ЖДП автомобилями.

Рисунок 4.3 - Графики изменения дистанции между автомобилями

n_max - количество автомобилей в ТП.

Рисунок 4.4 - Зависимость времени пересечения потоком автомобилей участка ограничения скорости от длины участка

Рисунок 4.5 - Зависимость времени пересечения ТП участка ограничения скорости от допустимой скорости движения на нем

В качестве примера поставлена задача рационализации месторасположения стоп-линии у ЖДП, на котором характерно образование длинных очередей ТС. На основе проведенных ранее наблюдений было выдвинуто предположение о том, что посредством обоснованного расположения стоп-линии у ЖДП и повышении скорости движения возможно уменьшение продолжительности разъезда очереди и повышение БД автомобилей в потоке за счет более равномерного движения ТС. Следует также отметить, что повышение скорости на исследуемом участке можно осуществить путём реконструкции настилов, ликвидации дефектов дорожного покрытия непосредственно как на самом переезде, так и на подходах к ЖДП.

Объектом исследования выступил ЖДП I категории с двумя путями, расположенный на двухполосной улице г. Барановичи с интенсивностью движения около 300 автомобилей в час . Этот ЖДП оборудован резиновым настилом, обладает благоприятными дорожными условиями на подходах. Поток АТС, движущийся через данный переезд, характеризуется тем, что он состоит их легковых автомобилей и грузовых автомобилей. Также по этой улице осуществляется движение пассажирского МТС. Но тем не менее, доля легковых автомобилей на данном переезде преобладающая, поэтому рассматривались однородные ТП, состоящие соответственно из 5, 10, 15 и 20 автомобилей.

При моделировании были заданы следующие исходные данные, характеризующие существующие условия движения потоков автомобилей на проектируемом объекте: RE(I) = V0; J_max = 2 м/с²; Кэ_i = 1,2; J_td = 2,0 м/с²; Jpd = 0,5 м/с²; J_{T min} = 0,5 м/с²; l = 4,5 м; t_p = 0,9 с; t_v = 3 с; ц = 0,7. Проведенными измерениями определены L_zm = 6,5 м. и V_zm = 3,38 м/с.

Изучались различные варианты ОДД, каждый из которых предполагал отнесение стоп-линии на определенное (отличное от других вариантов) расстояние от начала участка ограничения скорости движения. Этим обстоятельством определялось применяемое управляющее воздействие на ТП с целью совершенствования условий движения автомобилей.

Теоретическое исследование многообразия режимов движения последовательных автомобилей в ТП при проезде заданного участка автомобильной дороги выполнялось с помощью следующих оценочных критериев:

1. Потери времени.

2. Количество вынужденных остановок ТС.

3. Шум ускорения у_j.

4. Коэффициент вариации ускорения.

, (4.2)

где i - номер автомобиля;

k - номер замера;

- число автомобилей в очереди и на ЖДП при k-м замере;

- общее количество замеров;

- среднее ускорение автомобилей в потоке при k-м замере;

- суммарное число автомобилей, которые учитывались во всех замерах.

Величина шума ускорения для сопоставляемых вариантов ОДД определялась в каждый текущий момент времени для всего исследуемого потока, а затем рассчитывалось его среднее значение за весь период наблюдений. При этом шаг дискретизации исследуемого процесса был задан равным 1 с. Для решения настоящей задачи с помощью рассмотренной выше методики были проведены имитационные эксперименты. Результаты опытов сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Обоснование месторасположения стоп-линии у ЖДП

Кол-во ТС в потоке	Варианты ОДД (Расстояние, м.)	Результаты моделирования
		Потери времени, с.	Кол-во зафиксированных остановок ТС	Шум ускорения уj, м/с2
5	8	19,3	0	0,42
	9	19,6	0	0,43
	10	20	0	0,45
	11	20,4	0	0,46
	12	20,6	0	0,48
	13	20,7	0	0,51
	14	21,2	0	0,49
	15	21,4	0	0,47
10	8	33,9	0	0,70
	9	34,1	0	0,66
	10	34,5	0	0,78
	11	34,6	0	0,8
	12	35,6	0	0,84
	13	34,3	0	0,82
	14	35,9	0	0,79
	15	35,9	0	0,81
15	8	50,6	0	1,15
	9	51	0	1,06
	10	49,7	0	1,16
	11	49,7	0	1,14
	12	49,2	0	1,20
	13	49,7	0	1,31
	14	52,4	0	1,15
	15	51,9	0	1,23
20	8	63,7	0	1,27
	9	64,2	0	1,16
	10	63,5	0	1,25
	11	62,7	0	1,23
	12	63,9	0	1,36
	13	64,3	0	1,41
	14	64,8	0	1,37
	15	66,5	0	1,42

Анализ полученных результатов показал, что ТП небольшой интенсивности, состоящий из 5 автомобилей, характеризуется относительно равномерным движением ТС и разница потерь времени на прохождение заданного пути для всех рассмотренных вариантов ОДД не превышает 1-2 с. Для очередей из 10, 15 и 20 автомобилей, образование которых наиболее характерно на исследуемом ЖДП, эта разница увеличивается и составляет 2 - 4с. Высокоинтенсивные ТП оказались менее устойчивыми к проявлению такого вредного фактора, как возникновение остановок ТС в движущемся потоке. Наиболее приемлемым вариантом ОДД является расположение стоп-линии от начала зоны ограничения скорости на расстоянии 11 м.

В данном случае обеспечиваются минимальные потери времени в процессе проезда потоком автомобилей заданного участка дороги. Исследования показали, что при числе ЖД путей более 2, наиболее оптимальным расстоянием стоп-линии от ЖД рельса является 8 метров. На объекте исследования ЖДП охраняемого типа вне населённого пункта с помощью модели было установлено, что при расстоянии 8 м время разъезда очереди 27,9 с при длине очереди 5 автомобилей, 83,7 с при длине очереди 20 автомобилей. Также установлено, что при количестве ЖД путей на ЖДП менее 2-х, наиболее оптимальным расстоянием является 9 м. С помощью имитационного моделирования было установлено, что время разъезда очереди из 5 автомобилей составило 20,1 с, время разъезда 20 автомобилей составило 74,1 с.

Также на время разъезда очереди влияет скорость движения ТС на участке ограничении скорости. Таким участком, как уже говорилось ранее, является непосредственно зона пересечения ЖД путей и автомобильной дороги (улицы). Повышение скорости на ЖДП можно осуществить путём улучшения качества настилов на самом переезде и качество ПЧ на подходах к ЖДП. В процессе экспериментальных исследований было установлено, что на ЖДП после капитального ремонта скорость движения ТС составила 5,53 м/с. Ускорение составило 0,75 м/с² . Поэтому на основе существующей модели были проведены имитационные эксперименты по установлению влияния скорости движения ТС на время разъезда очереди, величин шум-ускорения, а также числа остановок ТС. Результаты эксперимента представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Обоснование влияния скорости на ЖДП

Кол-во ТС в потоке	Варианты ОДД (Расстояние, м.)	Результаты моделирования
		Потери времени, с.	Кол-во зафиксированных остановок ТС	Шум ускорения уj, м/с2
5	11	17,3	0	0,29
10	11	27,5	0	0,74
15	11	38,8	0	1,07
20	11	50,1	0	1,21

Таким образом, значения времени разъезда очереди снизились от 2 с при 5 автомобилях в очереди до 12 с при 20 автомобилях в очереди. Обеспечиваются более благоприятные (частично более благоприятные) условия движения автомобилей с точки зрения БД. Кроме того, отсутствие вынужденных остановок и уменьшение уровня шума ускорения ведет к снижению других потерь, вызванных неблагоприятным режимом движения ТС в потоке (уменьшению износа материальной части автомобилей, психологического дискомфорта водителей, вредных выбросов в атмосферу и т.д.). Следует отметить, что практическая реализация мероприятий, связанных с моделированием, по совершенствованию ОДД требует дополнительных капитальных вложений только лишь в случае улучшения качества настилов и качества дорог на подходах.

Учитывая эти обстоятельства и постоянное увеличение интенсивности движения автомобилей, режим работы и состояние ЖДП, общее их количество, а также экономическую, экологическую и социальную составляющую в рассматриваемых потерях, решение данной задачи является насущным.

5. Разработка предложений по совершенствованию ОДД

5.1 Совершенствование ОДД на ЖДП Республики Беларусь

В рамках проводимых исследований влияния инфраструктуры ЖДП на БД установлена целесообразность использования для обозначения переездов желтого светового сигнала, работающего в режиме мигания в период времени, когда движение через переезд разрешено. Практика применения в этих целях бело-лунного сигнала показала, что в условиях недостаточной метеорологической видимости (туман, метель и т.п.) эффективность его использования низка, и поэтому в настоящее время практически повсеместно такие информационные секции светофоров на ЖДП БелЖД демонтированы. Желтый цвет, по мнению психологов, лучше привлекает внимание человека. Кроме того, применение светофора, работающего в режиме желтого мигания, для обозначения опасных мест на УДС (нерегулируемые перекрестки, пешеходные переходы и др.) апробировано многолетней практикой ОДД и не противоречит положениям международной Конвенции [22], [23]. Наличие этого сигнала информирует участников ДД об исправности переездной сигнализации и дополнительно обозначает ЖДП. Предложенная для оборудования ЖДП комбинация транспортных светофоров показана на рисунке 5.1[24].

Рисунок 5.1 - Предлагаемая комбинация светофоров на ЖДП: 1- светофор Т.7; 2 - светофор Т.6.Д. согласно СТБ 1300-2012 "ТСОДД. Правила применения".

Лучшую видимость под небольшим углом зрения обеспечивает удлиненная форма дорожной разметки. Представляется рациональным решением использовать в качестве символа, обозначающего приближение к ЖДП изображения В,7^а, В,7^b и А,26, предусмотренные [22]. Для информирования водителей о наличии ЖДП, оборудованного шлагбаумом могут быть применены комбинации изображений В,7^а и А,26 или В,7^b и А,26. Предлагаемая разметка проезжей части дороги на подходах к ЖДП показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. - Предлагаемые варианты дорожной разметки проезжей части автомобильной дороги перед ЖДП: а) и б) - дорожная разметка проезжей части дороги на подходах к ЖДП со шлагбаумом и без него соответственно: 1-стоп-линия; 2-осевая линия, разделяющая ТП противоположных направлений; 3-линия, обозначающая приближение к сплошной линии продольной разметки; 4- шлагбаум; в) обозначение приближения к однопутному ЖДП; г) - обозначение приближения к многопутному ЖДП; д) - обозначение приближения к ЖДП со шлагбаумом.

На многополосных автомобильных дорогах и улицах изображение, предупреждающее водителей автомобилей о приближении к ЖДП, необходимо наносить отдельно на каждой полосе движения. Расстояние от разметки ЖДП до ближайшего рельса будет различным в зависимости от условий видимости и расчетной скорости движения автомобилей. Ширина данной разметки может варьироваться в зависимости от ширины полосы движения.