Проектирование организации дорожного движения на изолированном перекрестке

средств и уменьшается возможность их пропуска по главным направлениям.

Как правило, регулирование должно быть двухфазным, в отдельных случаях – трёхфазным. Циклы, состоящие из четырех или пяти фаз, можно принять лишь в исключительных случаях (обычно при трамвайном перекрестном движении) и только при наличии резерва пропускной способности пересекающихся проезжих частей.

Исходя из принятого количества фаз все транспортные и пешеходные потоки разбиваются на количество групп, равное количеству фаз, и разрабатываются схемы пофазного разъезда.

При выборе схемы пофазного разъезда необходимо выделить несколько основных положений.

В целях сокращения задержек транспортных средств и пешеходов надо стремиться к уменьшению числа фаз в цикле регулирования. Введение третьей фазы (для пропуска левоповоротных потоков транспорта или специально для пешеходов) является необходимым  только при выполнении хотя бы одного из двух условий (ГОСТ 52289-2004):

-интенсивность левоповоротного потока составляет более 120 ед./ч при достаточно большой интенсивности прямого конфликтующего потока;

-значения интенсивности конфликтующих транспортного и пешеходного потоков N_t и N_п, пропускаемых в одной фазе, удовлетворяют неравенствам: N_t > 120 ед./ч; N_п > 900 пеш./ч.

В данной курсовой работе имеются два левоповоротных потока N₃₂ и N₂₁ с интенсивностью 264 и 165 ед/ч соответственно. Интенсивность пешеходов на подходе 1 – 400ч/час, на подходе 2 – 1000 ч/час, на подходе 3 – 600ч/час. Т.е. очевидным представляется введение третьей фазы в цикле управления регулирования.

Дальнейшая работа над проектом предусматривает определение лучшего варианта пофазного разъезда на основе оценки эффективности регулирования по критерию минимизации потерь от задержек транспортных средств и пешеходов.

Варианты схем пофазного разъезда приведены в приложениях «4_схема_пофазного_разъезда_1.vsd» и

«5_схема_пофазного_разъезда_2.vsd».

3.2 Определение потоков насыщения

Для расчета оптимальной длительности цикла и составляющих его тактов необходимо определить потоки насыщения и фазовые коэффициенты.

Поток насыщения - это пропускная способность проезжей части в данной фазе с учетом открытых для движения полос. В общем случае оценка потока насыщения производится по формуле

                            (4)

где Р - пропускная способность полосы движения, ед./ч;

n - число полос, открытых для движения;

N₁ - интенсивность прямого направления, ед./ч;

N₂ - интенсивность левоповоротного потока, ед./ч;

N₃ - интенсивность правоповоротного потока, ед./ч.

Если известны или в процессе проектирования определяются, например по плану перекрестка, радиусы поворотов налево и направо и поворотные потоки движутся по выделенным для них полосам движения, то поток насыщения можно определить приблизительно для однорядного движения:

                      М=                      (5)

где k - коэффициент, корректирующий поток насыщения в зависимости от количества полос движения (k=1 при n=1, k=0,85 при n=2, k=0,75 при n=3);

n - количество полос, выделенное для движения по расчетному направлению;

P - пропускная способность полосы на расчетном подходе;

R - радиус движения потока (для нескольких полос брать минимальный).

По формуле (5) мы можем рассчитать поток насыщения для направлений 21, 23 и 32. Радиус определяем по масштабной схеме, он составляет 8 м, 7 м и 9 м соответственно.

3.3 Определение фазовых коэффициентов

Фазовый коэффициент – доля загрузки проезжей части, выделенной для движения тех или иных потоков,  или выделенных полос - определяется как

                         y=N_i/М                         (6)

где N_i=N₁+N₂+N₃ - суммарная интенсивность движения на рассматриваемой проезжей части в направлениях, обслуживаемых этой фазой;

N₁ - интенсивность прямого направления, ед./ч;

N₂ - интенсивность левоповоротного потока, ед./ч;

N₃ - интенсивность правоповоротного потока, ед./ч.

Фазовые коэффициенты рассчитывают для всех выделенных проезжих частей во всех фазах. В каждой фазе выбирается проезжая часть с максимальным фазовым коэффициентом, то есть наиболее загруженная. Она и является лимитирующей. Фазовый коэффициент этой проезжей части принимается в качестве лимитирующего и определяет длительность фазы.

Расчет потоков насыщения и фазовых коэффициентов сводится в таблицы 4 и 5.

Таблица 4 – расчет потоков насыщения и фазовых коэффициентов для 2-х фазного регулирования

В качестве расчетных для каждой фазы выбраны наибольшие фазовые коэффициенты, т.е. Y₁=0,51,  Y₂=0,28. Их сумма Y=0,51+0,28=0,79.

Таблица 5 – расчет потоков насыщения и фазовых коэффициентов для 3-х фазного регулирования

В качестве расчетных для каждой фазы выбраны наибольшие фазовые коэффициенты, т.е. Y₁=0,44,  Y₂=0,22, Y₁=0,17 . Их сумма Y=0,44+0,22+0,17=0,83.

3.4 Расчёт переходных тактов

Длительность переходного (вспомогательного) такта

должна обеспечивать безопасное завершение фазы (снижение вероятности возникновения конфликтов). В этот период времени происходит передача права движения от одной выделенной группы транспортных потоков к другой.

Транспортное средство, находящееся в момент выключения зеленого сигнала на расстоянии от стоп-линии, равном или меньшем, чем его остановочный путь (при рабочем замедлении) должно иметь возможность, двигаясь безостановочно со средней скоростью транспортного потока, миновать все возможные конфликтные точки. Это точки возможной встречи с транспортными средствами, начинающими движение по зеленому сигналу в следующей фазе.

Длительность переходного такта в секундах

                        t’=t₁+t₂-t₃                                     (7)

где t₁ - время проезда расстояния, равного остановочному пути до стоп-линии, без снижения скорости с момента выключения разрешающего сигнала светофора (включается

запрещающий "желтый"), с;

t₂ - время проезда расстояния от стоп-линии до самой критической конфликтной точки при выезде с перекрестка (с добавлением длины транспортного средства), с;

t₃ - время от момента включения зеленого сигнала в следующей фазе до момента прибытия к самой критической конфликтной точке транспортного средства, начинающего движение по этому сигналу, с.

Самой критической можно считать точку, в которой выполняется условие t₁+t₂-t₃=max.

Величины t₁, t₂, t₃ определяются по формулам:

                     t₁=t_δ+(V/3,6)/2j,                     (8)

где t_δ - время подготовки тормозной системы: реакция водителя при смене сигнала светофора, срабатывание тормозного привода, нарастание эффективного замедления, с, принимаем t_δ=1 с;

V - скорость транспортного средства на подходе к перекрестку, км/ч (задается);

j - рабочее замедление транспортного средства, максимально возможное с точки зрения комфортных условий замедления автомобиля, м/с², принимаем j=3;

                     t₂=(l_i+l_d)/(V/3,6),                     (9)

где l_i - расстояние от стоп-линии до самой критической конфликтной точки. Определяется по схеме пересечения с учетом ширины и количества полос движения транспортных потоков, ширины пешеходных переходов, расстояний от пешеходного перехода до стоп-линии (не менее 1 м) и до границ проезжей части перекрестка (около 5 м), м;

l_d - габаритная длина приведенной транспортной единицы, м (принимается = 6);

                        ,                        (10)

где l_j - расстояние от стоп-линии до той же критической конфликтной точки при начале движения конфликтующего потока в следующей фазе, м;

w - ускорение транспортного средства при разгоне с места, м/с² (принимается w = 2).

При расчёте t₂ скорость левоповоротных потоков принимается равной 25 км/ч.

Для каждого подхода, обслуживаемого данной фазой, может быть получено несколько значений t’ - по прямому и левоповоротному движению. Из совокупности значений  по всем подходам выбирают для введения в цикл регулирования наибольшее значение. Практически расчет надо начинать с

того направления, для которого по визуальной оценке

значение t’ должно получиться наибольшим, а затем прикидочными расчетами проверить достаточность его для остальных направлений.

Определяем расстояния до критических точек по схемам «6_схема_пересечения_1.vsd» и «7_схема_пересечения_2.vsd».

 Для двухфазного регулирования:

Фаза 1, рассмотрим точки 1 и 9 как наиболее конфликтные.

Точка 1: l_i=20 м; l_j=8 м;

Точка 9: l_i=26 м; l_j=16 м.

Фаза 2, рассмотрим точку 8 как самую критическую.

Точка 8: l_i=18 м; l_j=10 м.

Для трехфазного регулирования:

Фаза 1, рассмотрим точку 1 как самую критическую.

Точка 1: l_i=22 м; l_j= 10 м.

фаза 2, рассмотрим точку 2 как самую критическую.

Точка 2: l_i=19 м; l_j=10 м.

Фаза 3, рассмотрим точку 4 как самую критическую.

Точка 4: l_i=18 м; l_j= 10 м.

Расчёты сводим в таблицу 6.

Таблица 6 – расчет переходных тактов

Во время переходного такта заканчивают движение и пешеходы. За время этого такта пешеход должен или вернуться на тротуар, или завершить переход проезжей части, или дойти до разделителя встречных потоков. Минимальное время для этого

                        t’_п=b_п/(4V_п),                        (11)

где b_п – ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами, м;

V_п – расчетная скорость движения пешеходов, м/с (задана в исходных данных).

В качестве переходного такта принимают наибольшее значение из транспортной и пешеходной компонент, однако переходные такты не следует назначать менее 3 с.

 Найденное значение t´ не превышает 4 с, значит переходный такт состоит из одного периода (желтый сигнал).

3.5 Расчёт оптимального цикла регулирования

Длительность цикла регулирования определяется по формуле ВЕБСТЕРА

                    Т=(1,5*Т_п+5)/(1-Y),                    (12)

где Т_п - потерянное время в цикле (сумма всех переходных тактов), с;

Y=Σy_i - сумма лимитирующих фазовых коэффициентов.

Расчёты сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - расчет оптимального цикла регулирования

3.6 Расчёт основных тактов

Длительность основных тактов можно определить по схеме

                   К=(Т-Т_п)/(Т-1,5Т_п-5),                   (13)

                        t_oi=y_i*K*T,                        (14)

где t_oi - длительность основных тактов, с.

Если учесть, что сумма основных тактов  – это эффективная часть цикла, а методика ВЕБСТЕРА предполагает,

что длительность основных тактов должна быть пропорциональна лимитирующим фазовым коэффициентам, то расчет можно упростить, используя метод пропорций.

                      t_oi=(T-T_п)*y_i/Y,                      (15)

Расчёт ведётся в табличной форме по формуле (15).

Таблица 8 – расчет основных тактов

3.7 Проверка основных тактов на пропуск пешеходов

Длительность основных тактов проверяется на обеспечение пропуска в соответствующих направлениях пешеходов по формуле

                        t_п=5+b_п/V_п,                        (16)

где b_п - ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами за время основного такта, м;

V_п - скорость движения пешеходов, мс.

Если такт обслуживает два или более пешеходных переходов, то необходимо длительность разрешающего сигнала t_п рассчитать по каждому из них и выбрать наибольшее значение. Расчёты сводятся в таблицу 9.

Таблица 9 – проверка основных тактов на пропуск пешеходов

В обоих вариантах значение t_п оказалось меньше ранее рассчитанной длительности основных тактов, что означает обеспечение пропуска пешеходов в течение этих тактов.

4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА

Эффективность мероприятий в области организации дорожного движения можно оценить с помощью как абсолютных показателей, так и стоимостных, полученных через экономическую оценку абсолютных показателей.

В данной курсовой работе предлагается определяется два абсолютных показателя.

Конфликтность позволяет оценить степень возможной опасности на перекрестке, а, следовательно, это показатель уровня безопасности.

Транспортные задержки - это показатель эффективности организации дорожного движения.

4.1 Определение конфликтной загрузки пересечения

Конфликтная загрузка пересечения определяется взаимодействием транспортных потоков и будет различной до и после внедрения светофорного регулирования. Поэтому необходимо провести анализ конфликтных точек.

Для этого в произвольном масштабе вычерчивается схема перекрестка, на которую наносятся разрешенные траектории движения транспортных средств до внедрения светофорного регулирования. Количество точек и интенсивности определяются по картограмме интенсивностей и схеме конфликтности перекрестка («6_схема_конфликтности_до_СР.vsd»).

При внедрении светофорного регулирования число конфликтных точек сокращается и довольно часто снижается степень опасности оставшихся, что является эффективным средством обеспечения безопасности движения. Поэтому по схемам пофазного разъезда проводится анализ конфликтных точек и определяется конфликтная загрузка для каждой фазы.

 Затем определяется суммарная конфликтность за цикл регулирования.

Показателем изменения уровня безопасности можно считать изменение конфликтности.

Простейший метод с учетом интенсивностей транспортных потоков — определение индекса конфликтности по формуле /2/

                 m=0,01*[1ΣN_oi+3ΣN_ci+5ΣN_пi],                 (17)

где  n₀ , п_c , п_п - количество точек ответвления, слияния и пересечения;

N_0i, N_ci, N_пi – меньшие интенсивности из каждой пары конфликтующих между собой транспортных потоков.

Расчеты производим в табличной форме («Tables.xls», лист «Конфликтность»)

В обоих вариантах безопасность на перекрёстке улучшилась, так как конфликтность с внедрением светофорного регулирования уменьшилась, но первом варианте конфликтность меньше, чем во втором.

4.2 Определение задержек на нерегулируемых перекрестках

На нерегулируемых перекрестках (при наличии знаков приоритета) движение по главной дороге обеспечивается практически без задержек. На второстепенной дороге водитель, не обладающий преимущественным правом проезда, вынужден ожидать приемлемого интервала между транспортными средствами на главной дороге.

Среднюю задержку транспортных средств определяют для каждого второстепенного подхода по формуле

t_∆i = e^Nгtгр-N_гt_гр-1)/((N_г-N_в*(e^Nгtгр-N_гt_гр-1))+V_a/7,2*(1/a_m+1/a_р)(18)

где e – основание натурального логарифма;

N_г – суммарная интенсивность транспортных потоков на главной дороге в обоих направлениях, ед./с;

 N_в – интенсивность транспортного потока, приходящаяся в среднем на одну полосу второстепенной дороги в рассматриваемом направлении, ед./с;

 t_гр – граничный интервал времени, с (при пересечении двух полосной дороги равен 6–8 с; при левом повороте – 10–13 с; при правом повороте – 4–7 с);

 V_a – скорость потока на второстепенном подходе к перекрестку, км/ч;

a_m и a_р – замедление и ускорение автомобиля на этом подходе, м/с² (можно принять а_m=3,0–4,0 м/с², a_р=1,0–1,5 м/с²).

t_∆i=(2,74^1746*10-1746*10-1)/((1746-165*(2,74^1746*10-1746*10-1))+25/7,2*(1/3+1/1)=?

Отрицательное значение задержки означает невозможность безопасного разъезда без регулирования, дальнейшие расчеты задержек теряют смысл.

4.3 Определение задержек на регулируемом перекрёстке

Статистическую оценку задержки транспортных средств определяют для каждого алгоритма управления с учетом разрешенных для движения направлений по формуле

          ,          (19)

где Т - длительность цикла регулирования, с.

В формуле λ=t_i/Т - эффективная доля разрешающего сигнала в цикле регулирования, t_i - продолжительность разрешающего

 сигнала, с; х_i=N_i*T/t_iM_Hi - степень насыщения фазы регулирования, M_Hi – поток насыщения для данной проезжей части в этой фазе, N_i – суммарная интенсивность транспортных потоков, которым разрешено движение на разрешающий сигнал по проезжей части, открытой для движения, ед/ч . Степень насыщения фазы можно определить по другому как х_i=y_i/λ_i.

Расчёты производятся в таблицах 10 и 11.

4.3 Определение средней задержки транспортного средства

Средняя задержка одного транспортного средства на нерегулируемом и регулируемом перекрестках при данном варианте схемы пофазного разъезда определяется как средневзвешенная по формуле

                   t_Δt=[Σ(t_Δi*N_i)]/ΣN_i,             (20)

где m – число выделенных групп транспортных потоков.

N_i – суммарная интенсивность в группе транспортных потоков.

Расчёт производится в таблицах 10 и 11.

Таблица 10 – определение задержек для 2-х фазного регулирования

Таблица 11 – определение задержек для 3-х фазного регулирования

Сравнивая задержки до и после введения светофорной сигнализации и по вариантам, можно сделать выводы об эффективности проведения данного мероприятия.

В данной курсовой работе применение светофорного регулирования будет в любом случае целесообразно. Выберем первый вариант, в котором задержки меньше.

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Проектировать ТСОДД будем для первого варианта пофазного разъезда, так как в предыдущих разделах было выяснено