Исследование механизма образования и устранения заторов на улично-дорожной сети

Объект исследованиятранспортные потоки на улично-дорожной сети и дорожная сеть.

Предмет исследованияпроцесс формирования характеристик транспортных потоков и параметров улично-дорожной сети в заторовом состоянии условия образования затора, протяженность очереди, время задержки ТС, время рассасывания затора, протяженность полос движения.  

Официальной классификации заторов не существует, однако многие авторы предлагают свои суждения по этому вопросу. На основе обобщения можно предложить следующую простую классификацию заторов: случайные; регулярные ("пульсирующие").

Случайные заторы могут возникать в любых достаточно неожиданных точках УДС и быть вызваны крупным ДТП, Регулярные заторы возникают не случайно, главным источником их являются перекрестки со светофорным регулированием, которые не способны пропустить требуемое число автомобилей, или "узкие" места на проезжей части (например, из-за длительных плановых ремонтно-восстановительных работ с закрытием части дороги). Часто они представляют собой не полный затор (неподвижное скопление автомобилей), а "пульсирующий" поток, продвигающийся при зеленых сигналах светофора.

Заторы, как и всякая задержка движения, приводят к экономическим , экологическим, временным потерям.

Если ТС движется по пустой полосе движения, то его скорость достигает максимального значения V_max и ограничивается только скоростными ограничениями дороги. При наполнении полосы движения плотность потока увеличивается, и водитель должен согласовывать свою скорость со скоростью впереди идущего автомобиля.

На перегоне затор возможен только тогда, когда плотность потока q достигает своего максимального предельного значения, а скорость стремится или равняется нулю: q=q_max; V=0.

Причинами возникновения заторов в различных моделях считаются поведение отдельных водителей, закономерности движения ТП, геометрические параметры дорог, а также случайные возмущения скоростей.

Методы по устранению в большинстве основаны на использовании информационных табло, ограничении движения знаками и правилами, ориентированными на повышение дисциплинированности водительского состава, что, как правило, малоэффективно

Наиболее подробно механизм образования заторов рассмотрен Б.С. Кернером в созданной им на основе многочисленных экспериментальных исследований теории трех фаз состояния транспортного потока

Не изученными в полной мере остаются вопросы связанные с решением задачи предотвращения и ликвидации затора, не сформулирован количественный критерий, разделяющий фазы S и J

                                                (1)

где  – интенсивность потока, авт/ч;

- скорость потока, км/ч;

- плотность потока, авт/км.

В фазе S  плотность потока

                                             (2)

где - дистанция безопасности, м;

- усредненная длина автомобиля, м.

Для упрощения примем, где -  в км/ч, тогда

                                         (3)

или

                                   (4)

Из (4) видно, что по мере увеличения плотности потока скорость потока вынужденно (для обеспечения дистанции безопасности) снижается, а при

 или  и                                       (5)

образуется « идеальная» пробка (бампер к бамперу) и дальнейшее движение становится невозможно.

Переход от условия (4) к условию (5) по мере роста  не может произойти мгновенно, поскольку минимальная скорость движения автомобиля определяется минимально устойчивым числом оборотов двигателя. Поэтому при снижении скорости потока до

                                       (6)

движение возможно только при чередовании трогания и остановки (режим «старт-стоп»). Следовательно, условие (6) и определяет переход от фазы S к фазе J. Поскольку  у автомобилей не одинаково,  критерием S→J перехода следует считать переход от медленного безостановочного режима в режим «старт-стоп».

Для определения максимально возможной пропускной способности условного сужения дороги, например, типа «регулируемый перекресток», рассмотрим процесс трогания и разгона автомобилей из очереди перед «стоп-линией» (рис.1).

При включении разрешающего сигнала первый автомобиль трогается, пересекает стоп-линию и разгоняется с ускорением а. Остальные автомобили тоже трогаются и с относительно малой скоростью подъезжают к стоп-линии и с задержкой   по отношению к первому автомобилю начинает разгоняться второй автомобиль (см. рис.2).

минимальное значение  из условия соблюдения дистанции безопасности в любой момент времени . Это условие в формализованном виде имеет вид

                                               (7)

где  – конечная скорость, км/ч.

Подставив в (7)

                                                (8)

и из равенства треугольников  и

,                                        (9)

получим  

Следовательно, минимальный интервал времени между началом разгона предыдущего и началом разгона последующего автомобиля не зависит от среднего ускорения потока и скорости, до которой он разгоняется. На практике принимают [8].

Отметим, что при  после условного  сужения дороги образуется синхронизированный поток, а при возможно образование свободного потока. При этом максимально возможная интенсивность потока после сужения дороги

авт/ч,                                         (10)

что соответствует максимуму фундаментальной диаграммы состояния потока при [6]. Величина определяет пропускную способность сужения дороги и является