Виды транспортных потоков. Интеллектуальные транспортные системы

Транспортный поток - это упорядоченное транспортной сетью движение транспортных средств.

Перемещение пассажиров называется пассажиропотоком, перемещение грузов - грузопотоком , движение пешеходов – пешеходным потоком .

Для характеристики транспортных потоков используются следующие основные показатели:

• интенсивность движения,
• временной интервал,
• плотность движения,
• скорость.

Теории транспортных потоков

В мировой литературе самая первая и крупная в монография по теории транспортных потоков – работа С. Дрю и Р. Дональда «Теория транспортных потоков и управление ими». В ней подробно рассматриваются элементы системы «водитель – автомобиль – дорога » и строятся модели движения транспортных потоков, описан процесс формирования и дальнейшего функционирования транспортного потока, его формализация и описание на основе математических моделей, рассмотрены методы регулирования движения на сложных узлах дорог и скоростных магистралях и проектирования высокопроизводительных транспортных систем с высокой пропускной способностью.

Существенное внимание уделяется системному подходу к транспортным проблемам, а также рассказывается о важных для приложений методах теории вероятностей , математической статистики и теории массового обслуживания. Большой интерес представляет так называемый детерминистический подход к транспортным проблемам и метод физических аналогий. Часть книги посвящена некоторым практическим задачам, связанным с проектированием дорог и регулированием уличного движения.

Глубокие исследования в области изучения транспортных потоков были выполнены Т. Метсоном, Р. Смитом, В. Лейтцбахом и др. учеными Токийского университета Х. Иносэ и Т. Хамада подготовлена монография, в которой затронута проблема сбора и обработки информации о параметрах транспортных потоков, а также вопросы их оценки и прогнозирования.

Резкий рост автомобилизации привел к изменению закономерности колебаний интенсивности. Колебания интенсивности движения в течение года характеризуются коэффициентом годовой неравномерности: K г = W м / W г , где W м и W г – месячный и годовой объем движения соответственно.

Коэффициент K г используют при расчете годового объема движения: W г = N а Д м / (K г K с), где N а – измеренная интенсивность движения, авт./ч; Д м – количество дней в месяце; K с – коэффициент суточной неравномерности движения.

Для распределения интенсивности движения по дням недели характерно её максимальное значение по пятницам, когда автомобилем пользуются наибольшее количество индивидуальных владельцев. Это значение интенсивности следует принимать в качестве расчетной.

В течение суток, как правило, наибольшая интенсивность движения наблюдается в утренний час пик, после него следует небольшой спад, после которого интенсивность движения плавно увеличивается до вечернего часа пик, которые существенно более растянут по времени, чем утренний.

Транспорт делится на три категории: транспорт общего пользования, транспорт не общего пользования и личный или индивидуальный транспорт.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Оценка состава транспортного потока осуществляется, в основном, по процентному составу или доле транспортных средств различных типов. Этот показатель оказывает значительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает общий состав парка автомобилей в данном регионе. Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог, что объясняется, прежде всего, существенной разницей в габаритных размерах автомобилей. Если длина отечественных легковых автомобилей 4-5 м, грузовых 6-8, то длина автобусов достигает 11, а автопоездов 24 м. Сочлененный автобус имеет длину 16,5 м.

При формировании информации о состоянии дорожного движе­ния в первую очередь необходимы данные, характеризующие транс­портный поток.

Многолетний зарубежный и отечественный опыт научных иссле­дований и практических наблюдений за транспортными потоками по­зволил выделить наиболее объективные показатели. По мере совершен­ствования методов и аппаратуры для исследования транспортных по­токов номенклатура показателей, используемых в организации дорож­ного движения, продолжает развиваться. Наиболее часто применяемы­ми являются: интенсивность транспортного потока, его состав по ти­пам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, за­держки движения. Охарактеризуем эти и другие показатели транспорт­ного потока.

Интенсивность транспортного потока (интенсивность движения) N a – это число транспортных средств, проезжающих через сечение до­роги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени (минуты, секунды) в зави­симости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.

На УДС можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузо- и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. На рис. 2.1 показан пример картограммы, характеризующей интенсивность транспортных потоков (в автомобилях в час) на магистральных улицах города.

Неравномерность транспортных потоков во времени (в течение года, месяца, суток и даже часа) имеет важнейшее значение в проблеме орга­низации движения (рис. 2.2, 2.3). Типичная кривая распределения ин­тенсивности движения в течение суток на городской магистрали пока­зана на рис. 2.2. Примерно такая же картина наблюдается и на автомо­бильных дорогах. Кривые на рис. 2.2 позволяют выделить так называе­мые "часы пик", в которые возникают наиболее сложные задачи орга­низации и регулирования движения.

Термин "час пик" является условным и объясняется лишь тем, что час является основной единицей измерения времени. Продолжительность наибольшей интенсивности движения может быть больше или меньше часа. Поэтому наиболее точным будет понятие пико­вый период, под которым подразумевают время, в течение которо­го интенсивность, измеренная по малым отрезкам времени (напри­мер, по 15-минутным наблюдениям), превышает среднюю интен­сивность периода наиболее оживленного движения. Периодом наи­более оживленного движения на большинстве городских и внего­родских дорог обычно является 16-часовой отрезок времени в те­чение суток (примерно с 6 до 22 ч). В условиях перенасыщения УДС транспортным потоком на ряде ма­гистралей Москвы и других крупных городов в течение практически всего активного периода суток наблюдается "пиковая" интенсив­ность (линия 3 на рис. 2.2), сопровождающаяся заторовыми явлениями.

Временная неравномерность транспортных потоков может быть охарактеризована соответствующим коэффициентом неравномернос­ти К н. Этот коэффициент может быть вычислен для годовой, суточной и часовой неравномерностей движения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящейся на дан­ный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивно­сти к средней за одинаковые промежутки времени.

Коэффициент годовой неравномерности

,

где 12 – число месяцев в году; N ам – интенсивность движения за срав­ниваемый месяц, авт/мес; N aг – суммарная интенсивность движения за год, авт/г.

Коэффициент суточной неравномерности

,

где 24 – число часов в сутках; N ач – интенсивность движения за сравнивае­мый час, авт/ч; N ас – суммарная интенсивность движения за сутки, авт/сут.

Необходимо отметить, что в публикациях по дорожному движению применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности дви­жения. Под объемом движения понимают фактическое число автомо­билей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период.

Для характеристики пространственной неравномерности транс­портного или пешеходного потока могут быть также определены соот­ветствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог аналогично временной неравномерности.

Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часо­выми значениями. При этом наиболее важен этот показатель в пико­вые периоды. Необходимо, однако, иметь в виду, что интенсивность движения в "часы пик" в различные дни недели может иметь неодина­ковые значения.

На дорогах с более высоким уровнем интенсивности движения транспортных средств меньше неравномерность движения и стабиль­нее интенсивность в пиковые периоды.

Для двухполосных дорог с встречным движением общую интенсив­ность характеризуют обычно суммарным значением встречных пото­ков, так как условия движения и, в частности, возможность обгонов определяются загрузкой обеих полос. Если же дорога имеет раздели­тельную полосу и встречные потоки изолированы друг от друга, то сум­марная интенсивность встречных направлений не определяет условия движения, а характеризует лишь суммарную работу дороги как соору­жения. Для таких дорог интенсивность движения в каждом направле­нии имеет самостоятельное значение.

Во многих случаях, особенно при решении вопросов регулирова­ния движения в городских условиях, важна не только суммарная ин­тенсивность потока по данному направлению, но также интенсивность, приходящаяся на одну полосу, или так называемая удельная интенсив­ность движения М а. Если известно конкретное распределение интен­сивности движения по полосам и оно существенно неравномерно, то в качестве расчетной интенсивности М а можно принять интенсивность движения по наиболее загруженной полосе.

Временной интервал t i между следующими друг за другом по одной полосе транспортными средствами является показателем, обратным ин­тенсивности движения. Математическое ожидание E(t i) определяется зависимостью E(t i) = 3600/M а. Если интервал t i между следующими друг за другом по полосе автомобилями более 10 с, то их взаимное влияние является относительно слабым и условия движения характеризуются как "свободные". Более детально стохастический процесс распределе­ния автомобилей в транспортном потоке и временных интервалов между ними рассмотрен в подразделе 2.4.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нем транспортных средств различного типа. Этот показатель оказывает зна­чительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока в значительной степени отражает об­щий состав парка автомобилей в данном регионе. Так, на дорогах США и многих западных стран преобладают легковые автомобили, которые составляют 80 – 90% общей численности парка. По мере роста автомо­билизации и увеличения доли легковых автомобилей в парке нашей страны она будет увеличиваться и в транспортном потоке. Во многих случаях эта доля достигает уже 70 – 90%.

Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог (стеснен­ность движения), что объясняется прежде всего существенной разни­цей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомо­билей 4 – 5 м, грузовых 6 – 8 м, то длина автобусов достигает 11 м, а ав­топоездов 24 м. Сочлененный автобус (троллейбус) имеет длину 16,5 м. Однако разница в габаритных размерах не является единственной при­чиной необходимости специального учета состава потока при анализе интенсивности движения.

При движении в транспортном потоке важна разница не только в статическом, но и в динамическом габарите автомобиля , который зави­сит в основном от времени реакции водителя и тормозных качеств транспортных средств. Под динамическим габаритом L д (рис. 2.4) под­разумевается участок дороги, минимально необходимый для безопас­ного движения в транспортном потоке с заданной скоростью автомо­биля, длина которого включает длину автомобиля l а и дистанцию d , называемую дистанцией безопасности .

Существуют три принципиально отличающихся подхода к расчет­ному определению L д, предлагаемых различными авторами (см. под­раздел 2.4).

Таблица 2.1

Тормозные качества автомобилей различных типов в эксплуатации существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения (табл. 2.1), установленными ГОСТ 25478–91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы проверки».

В табл. 2.2 приведена полная классификация автотранспортных средств, установленная КВТ ЕЭК ООН.

Фактический динамический габарит автомобиля зависит также от обзорности, легкости управления, маневренности автомобиля, кото­рые влияют на дистанцию, избираемую водителем. При этом следует обратить внимание на следующее обстоятельство. При колонном дви­жении легковых автомобилей каждый водитель, благодаря большой поверхности остекления, а также небольшим габаритам впереди иду­щих автомобилей, может достаточно хорошо видеть и прогнозировать обстановку впереди нескольких автомобилей. В то же время, если пе­ред легковым автомобилем движется грузовой автомобиль или автобус, то водитель легкового автомобиля лишен возможности оценивать и прогнозировать обстановку впереди, и его действия по управлению ста­новятся менее уверенными. В этом случае из-за невозможности доста­точного прогнозирования обстановки впереди резко возрастает опас­ность при обгоне, а также в случае экстренной остановки автомобилей, движущихся в плотной колонне.

При обследованиях транспортных потоков большой интенсивнос­ти определенную трудность представляет задача точного определения грузоподъемности каждого грузового автомобиля. Поэтому можно при­бегнуть к упрощенному методу учета этой категории транспортных средств и принять для всех грузовых автомобилей грузоподъемностью 2 – 8 т обобщенный коэффициент 2.

При описании характеристик транспортного потока, как в пись­менной форме, так и в виде графиков, следует обратить внимание на необходимость указывать соответствующую размерность в физических единицах (авт/ч) или в приведенных (ед/ч).

Таблица 2.2

Для решения практических задач ОДД могут быть использованы ре­комендации по выбору значений К пр, содержащиеся в отечественных нормативных документах:

С помощью коэффициентов приведения можно получить показатель интенсивности движения в условных приведенных единицах, ед/ч

,

где N i – интенсивность движения автомобилей данного типа; K npi – соответ­ствующие коэффициенты приведения для данной группы автомобилей; n – число типов автомобилей, на которые разделены данные наблюдений.

Исследования показывают, что используемые коэффициенты при­ведения являются приближенными и для современных моделей авто­мобилей завышенными. Опыт исследований K пр показывает, что при более детальном подходе к роли коэффициента приведения его значе­ния необходимо дифференцировать также в зависимости от уровня ско­ростного режима и профиля дороги.

Плотность транспортного потока q a является пространственной ха­рактеристикой, определяющей степень стесненности движения на по­лосе дороги. Ее измеряют числом транспортных средств, приходящих­ся на 1 км протяженности дороги. Предельная плотность достигается при неподвижном состоянии колонны автомобилей, расположенных вплотную друг к другу на полосе. Для потока современных легковых автомобилей теоретически такое предельное значение q max составляет около 200 авт/км. Практические исследования на кафедре организа­ции и безопасности движения МАДИ показали, что этот показатель колеблется в пределах 170-185 авт/км. Это объясняется тем, что води­тели не подъезжают при заторе вплотную к переднему автомобилю. Естественно, что при предельной плотности движение невозможно даже при централизованном автоматическом управлении автомобилями, так как отсутствует дистанция безопасности. Плотность q max вместе с тем имеет значение как показатель, характеризующий структуру (состав) транспортного потока. Наблюдения показывают, что при колонном движении легковых автомобилей с малой скоростью плотность потока может достигать 100 авт/км. При использовании показателя плотности потока необходимо учитывать коэффициент приведения для различных типов транспортных средств, так как в противном случае сравне­ние q a для различных по составу потоков может привести к несопоста­вимым результатам. Так, если принять, что на дороге движется колон­на автобусов с плотностью 100 авт/км (возможной для легковых авто­мобилей), то фактическая длина такой колонны вместо 1 км практи­чески составит 2,0–2,5 км. Если же учесть рекомендуемое значение К пр для автобусов, равное 2,5, то максимальная плотность движения ко­лонны автобусов в физических единицах может составить 40 автобусов на 1 км, что является реальным.

Чем меньше плотность потока, тем свободнее себя чувствуют води­тели, тем выше скорость, которую они выбирают. Наоборот, по мере повышения q а , т. е. стесненности движения, от водителей требуется по­вышение внимательности, точности действий. Кроме того, повышает­ся их психическая напряженность. Соответственно увеличивается ве­роятность ДТП вследствие ошибки, допущенной одним из водителей, или отказа автомобиля.

В зависимости от плотности потока движение по степени стеснен­ности подразделяют на свободное, частично связанное, насыщенное, ко­лонное .

Численные значения q а в физических единицах (автомобилях), со­ответствующих этим состояниям потока, весьма существенно зависят от параметров дороги и в первую очередь от ее плана и профиля, коэф­фициента сцепления φ, а также состава потока по типам транспортных средств, что, в свою очередь, влияет на выбираемую водителями ско­рость.

Скорость движения v a является важнейшим показателем, так как представляет целевую функцию дорожного движения. Наиболее объек­тивной характеристикой процесса движения транспортного средства по дороге может служить график изменения его скорости на протяже­нии всего маршрута движения. Однако получение таких пространствен­ных характеристик для множества движущихся автомобилей является сложным, так как требует непрерывной автоматической записи скоро­сти на каждом из них. В практике организации движения принято оце­нивать скорость движения транспортных средств мгновенными ее зна­чениями v a , зафиксированными в отдельных типичных сечениях (точ­ках) дороги.

Скорость сообщения v c является измерителем быстроты доставки пассажиров и грузов и определяется как отношение расстояния между пунктами сообщения ко времени нахождения транспортного средства в пути (времени сообщения). Этот же показатель применяется для ха­рактеристики скорости движения автомобилей по отдельным участкам дорог.

Темп движения является показателем, обратным скорости сообще­ния, и измеряется временем в секундах, затрачиваемым на преодоле­ние единицы длины пути в километрах. Этот измеритель весьма удобен для расчетов времени доставки пассажиров и грузов на различные рас­стояния. Мгновенная скорость транспортного средства и соответствен­но скорость сообщения зависят от многих факторов и подвержены зна­чительным колебаниям.

Скорость одиночно движущегося автомобиля в пределах его тяго­вых возможностей определяет водитель, являющийся управляющим звеном в системе ВАДС. Водитель постоянно стремится выбрать наиболее целесообразный режим скорости исходя из двух главных крите­риев – минимально возможной затраты времени и обеспечения безо­пасности движения. В каждом случае на выбор скорости водителем ока­зывают влияние его квалификация, психофизиологическое состояние, цель движения, условия его организации. Так, исследования, проведен­ные в одинаковых дорожных условиях на одном типе автомобилей, по­казали, что средняя скорость движения автомобиля у разных водите­лей высокой квалификации может колебаться в пределах ± 10 % от сред­него значения. У малоопытных водителей эта разница больше.

Рассмотрим влияние параметров транспортных средств и дороги на скорость движения. Верхний предел скорости автомобиля определяет­ся его максимальной конструктивной скоростью v max , которая зависит, главным образом, от удельной мощности двигателя. Максимальная ско­рость v max , км/ч, современных автомобилей колеблется в широких пре­делах в зависимости от их типа и примерно составляет:

Легковые автомобили большого и среднего классов........ 200

То же малого класса 160

Грузовые автомобили средней грузоподъемности............ 100

То же большой грузоподъемности и автопоезда.............. 90

Опыт показывает, что водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью лишь в исключительных случаях и кратковременно, так как это сопряжено с чрезмерно напряженным режимом работы агрегатов автомобиля; кроме того, имеющиеся на дороге даже незначительные подъемы требуют для поддержания стабильной скорости запаса мощ­ности. Поэтому даже при благоприятных дорожных условиях водитель ведет автомобиль с максимальной скоростью длительного движения или крейсерской скоростью . Крейсерская скорость для большинства авто­мобилей составляет (0,75÷0,85) v max .

Однако реальные дорожные условия вносят существенные поправ­ки в фактический диапазон наблюдаемых скоростей движения. Укло­ны, криволинейные участки и неровности покрытия дороги вызывают снижение скорости как из-за ограниченности динамических свойств автомобилей, так и, главным образом, в связи с необходимостью обес­печения их устойчивости на дороге. Эти объективные факторы особенно сказываются на скорости наиболее быстроходных автомобилей. Как показывают наблюдения, фактический диапазон мгновенных скорос­тей свободного движения автомобилей на горизонтальных участках некоторых магистральных улиц и дорог нашей страны составляет 50 – 120 км/ч, несмотря на установленные Правилами ограничения. Эти цифры не относятся к дорогам, не имеющим надлежащего покрытия или с разрушенным покрытием, где скорость может понизиться до 10 – 15 км/ч.

Существенное влияние на скорость движения оказывают те элемен­ты дорожных условий, которые связаны с особенностями психофизио­логического восприятия водителя и уверенностью управления. Здесь вновь необходимо подчеркнуть неразрывность элементов системы ВАДС и решающее влияние водителей на характеристики дорожного движения.

Важнейшими факторами, оказывающими влияние на режимы дви­жения через восприятие водителя, являются расстояние (дальность) ви­димости S В на дороге и ширина полосы В д, т. е. "коридора", выделен­ного для движения автомобилей в один ряд. Под расстоянием видимо­сти понимается протяженность участка дороги перед автомобилем, на котором водитель в состоянии различить поверхность дороги. Расстоя­ние S B определяет возможность для водителя заблаговременно оцени­вать условия движения и прогнозировать обстановку. Обязательным условием безопасности движения является превышение расстояния S B над значением остановочного пути S o данного транспортного средства в любых конкретных дорожных условиях: S B > S o .

При малой дальности видимости водитель лишается возможности прогнозировать обстановку, испытывает неуверенность и снижает ско­рость автомобиля. Примерные значения снижения скорости движения Δv по сравнению со скоростью, которая обеспечивается при дальности видимости 700 м и более, следующие:

Ширина полосы движения, предназначенная для движения авто­мобилей в один ряд и выделенная обычно продольной разметкой, оп­ределяет требования к траектории движения автомобиля. Чем меньше ширина полосы, тем более жесткие требования предъявляются к води­телю и тем больше его психическое напряжение при обеспечении точ­ного положения автомобиля на дороге. При малой ширине полосы, а также при встречном разъезде на узкой дороге водитель под воздействи­ем зрительного восприятия снижает скорость.

На основании исследований на дорогах профессором Д. П. Великановым получена зависимость, характеризующая приближенно связь между скоростью и необходимой шириной полосы дороги,

где b а – ширина автомобиля, м; 0,3 – дополнительный зазор, м.

По аналогии с понятием "динамического габарита" автомобиля по­казатель В д можно назвать "динамической шириной" транспортного средства ("динамическим коридором"), так как для уверенного движе­ния со скоростью v a водитель должен располагать примерно таким сво­бодным "коридором" движения. В этой зависимости можно еще раз проследить связи компонентов комплекса ВАДС в дорожном движе­нии. В формуле (2.1) В д представляет собой элемент дороги (Д), b а – характеристику автомобиля (элемент А), коэффициент 0,015 отражает психофизиологические свойства водителя и ходовые свойства автомо­биля (подсистему ВА).

Согласно приведенной зависимости, скорость, с которой водитель средней квалификации длительно и уверенно может вести автомобиль, ориентировочно составляет: при управлении легковым автомобилем и ширине полосы 3 м около 65 км/ч, а при ширине полосы 3,5 м около 90 км/ч; при управлении автомобилем с габаритной шириной 2,5 м и ширине полосы 3,5 м около 50 км/ч.

Однако это не исключает того, что некоторые водители не могут достаточно точно и своевременно оценить изменение расстояния ви­димости или ширины полосы движения и правильно выбрать скорость. Поэтому в условиях ограниченной видимости и малой ширины поло­сы движения более часто происходят ДТП.

На основе исследований НИиПИ Генплана г. Москвы были разра­ботаны рекомендации желательных значений ширины полосы движе­ния на прямолинейных участках городских дорог (табл. 2.3)

На фактическую скорость движения автомобилей оказывают влия­ние также и другие причины и особенно существенные – метеороло­гические условия, а в темное время суток – освещение дороги. Таким образом, скорость свободного движения является случайной величи­ной и для потока однотипных автомобилей в заданном сечении дороги характеризуется обычно нормальным законом распределения или близ­ким к нему (рис. 2.5).

Чем лучше дорожные и метеорологические условия, тем больше амплитуда колебаний скоростей автомобилей различных типов, что обусловлено их скоростными и тормозными качествами, а также и ха­рактеристикой водителей.

Таблица 2.3

Влияние рассмотренных факторов на скорость движения проявля­ется в условиях свободного движения транспортных средств, т. е. когда интенсивность и плотность движения относительно невелики и не ощу­щается взаимное стеснение движения. При повышении плотности транспортного потока возникает стеснение движения, и скорость па­дает. Влияние интенсивности движения транспортного потока на ско­рость автомобилей исследовалось многими зарубежными и отечествен­ными учеными. Выведены различные корреляционные уравнения этой зависимости, которые имеют общий вид:

где v ac – скорость свободного движения автомобиля на данном участке доро­ги, км/ч; k – корреляционный коэффициент снижения скорости движения в зависимости от интенсивности транспортного потока.

Более подробно взаимосвязь основных параметров движения рас­сматривается в подразделе 2.3.

Задержки движения являются показателем, на который должно быть обращено особое внимание при оценке состояния дорожного движения. К задержкам следует относить потери времени на все вы­нужденные остановки транспортных средств не только перед пере­крестками, железнодорожными переездами, при заторах на перего­нах, но также из-за снижения скорости транспортного потока по сравнению со сложившейся средней скоростью свободного движе­ния на данном участке дороги.

где v ф и v p – соответственно фактическая и принятая расчетная (или опти­мальная) скорости, м/с; dl – элементарный отрезок дороги, м.

В качестве расчетной скорости для городской магистрали можно принять разрешенный Правилами дорожного движения Российской Федерации предел скорости (например, 60 км/ч). Исходными для оп­ределения задержки могут быть приняты нормативная скорость сооб­щения или нормативный темп движения для данного типа дороги, если таковые будут установлены. Так, если на дороге v p = 60 км/ч, что соот­ветствует темпу движения без задержек 60 с/км, а установленная опытной проверкой v ф = 30 км/ч (темп движения – 120 с/км), то поте­ри времени каждым автомобилем в потоке – 60 с/км. Если длина l рас­сматриваемого участка магистрали равна, например, 5 км, условная задержка каждого автомобиля составит 5 мин.

Общие потери времени для транспортного потока

где t Δ – средняя суммарная задержка одного автомобиля, с; Т – продолжи­тельность наблюдения, ч.

Задержки транспортных средств на отдельных узлах или участках УДС могут быть также оценены коэффициентом задержки К 3 , характеризую­щим степень увеличения фактического времени нахождения в пути t ф по сравнению с расчетным t р. Коэффициент задержки K 3 = t ф / t p . Задержки движения в реальных условиях можно разделить на две основные груп­пы: на перегонах дорог и на пересечениях. Задержки на перегонах могут быть вызваны маневрирующими или медленно движущимися транспор­тными средствами, пешеходным движением, помехами от стоящих ав­томобилей, в том числе при погрузочно-разгрузочных операциях, а так­же заторами, связанными с перенасыщением дороги транспортными средствами.

Задержки на пересечениях обусловлены необходимостью пропуска транспортных средств и пешеходов по пересекающим направлениям на нерегулируемых перекрестках, простоями при запрещающих сигна­лах светофоров.

Транспортные потоки - это часть материальных потоков между производителями и потребителями. Они характеризуются объемом, направлением и дальностью. Мощность потока измеряется объемом груза, транспортируемым в единицу времени.

Динамической характеристикой потока служит коэффициент неравномерности - отношение максимального объема перевозок к среднему объему за рассматриваемый период.

Пробеги грузов обычно характеризуются средней дальностью перевозок, которая определяется как частное от деления грузооборота (т км) на объем отправления (т).

Отношение объема перевозок продукции к размерам ее производства называется коэффициентом перевозимости. Определяется применительно к транспортной системе в целом.

В качестве параметров регулирования транспортных потоков выступают: скорость перемещений и скорость доставки грузов, масса отправки, интервал отправления грузов.

Используемый транспорт для перемещения товаров

Транспортные средства служат для обеспечения материальных потоков между производителями и потребителями. Выступают в качестве катализатора экономики, обеспечивая высокий уровень ее активности.

Транспорт использует четыре основных компонента: пути, терминалы, подвижный состав и тяговые средства.

Путь представляет собой среду, по которой происходит движение. Пути бывают естественные (моря, реки, воздушное пространство) и искусственные (автомобильные и железные дороги, каналы и т.д.).

Терминал - это пункт, где кончается одна транспортная сеть и начинается другая. Терминал выполняет три функции: обеспечивает доступ к подвижному составу; обеспечивает легкую смену подвижного состава, работающего на данном пути; облегчает объединение (разъединение) потоков.

Тяговые средства приводят в движение подвижной состав.

В транспортной логистике объектом управления является подвижной состав, находящийся в каждый данный момент времени в состоянии абсолютного или относительного перемещения.

Различают следующие виды транспортных средств: железнодорожный, автомобильный, морской, речной, воздушный, трубопроводный, внутризаводской, внутрицеховый.

Железнодорожный транспорт - самый крупный грузоперевозчик страны. На его долю приходится более одной трети всего грузооборота страны. Железнодорожные перевозки наиболее рентабельны для таких грузов, которые можно перевозить в вагонах навалом (уголь, руда, песок, сельскохозяйственная и лесная продукция). Рентабельно перевозить автомобили и прицепы на специальных платформах. Железные дороги могут предоставлять и такие услуги как переадресование уже отгруженных товаров в другой пункт назначения прямо на маршруте, обработка товаров в ходе перевозки.

Автомобильный транспорт осуществляет в городах и между ними на небольших расстояниях основную массу грузовых перевозок. С помощью автомобильного транспорта груз может доставляться “от двери до двери” с необходимой степенью срочности, обеспечивается регулярность поставки. Основными недостатками этого вида транспорта являются: сравнительно высокая себестоимость перевозок, плата за которые взимается по максимальной грузоподъемности автомобиля; срочность разгрузки; возможность хищения груза и угона автотранспорта; сравнительно малая грузоподъемность.

Морской транспорт - самый крупный перевозчик в международных перевозках. Основные преимущества - низкие грузовые тарифы и высокая провозная способность. К недостаткам относят его низкую скорость, жесткие требования к упаковке и креплению грузов, малую частоту отправок.

Речным транспортом по внутренним водным путям перевозится значительное количество товаров в навигационный период. Особенно это актуально для мест назначения, куда не проложены железнодорожные пути из-за специфических климатических условий и для тех, которые расположены на берегах крупных рек. Стоимость перевозки по воде громоздких не скоропортящихся товаров невысокой стоимости (песок, уголь, зерно, нефть, руда) невелика по сравнению с железнодорожными перевозками. Недостатки заключаются в том, что водный транспорт самый тихоходный и подвержен влиянию климатических условий.

Воздушный транспорт имеет высокую скорость и может обслуживать отдаленные, недоступные для других видов транспорта районы. К недостаткам относят высокие грузовые тарифы и зависимость от метеоусловий, которые снижают надежность соблюдения графика поставки.

Трубопроводы служат для транспортировки нефти и химических продуктов от мест их происхождения к рынкам. Транспортировка по нефте- и газопроводам обходится дешевле, чем по железной дороге, и несколько дороже, чем водным путем.

Характеристики транспортных потоков

Наиболее необходимыми и часто применяемыми характеристиками транспортного потока являются интенсивность транспортного потока, его состав по типам транспортных средств, плотность потока, скорость движения, задержки движения. Интенсивность транспортного потока определяется как число транспортных средств, проезжающих через сечение дороги за единицу времени. В качестве расчетного периода времени для определения интенсивности движения принимают год, месяц, сутки, час и более короткие промежутки времени в зависимости от поставленной задачи наблюдения и средств измерения.

На улично-дорожной сети можно выделить отдельные участки и зоны, где движение достигает максимальных размеров, в то время как на других участках оно в несколько раз меньше. Такая пространственная неравномерность отражает прежде всего неравномерность размещения грузообразующих и пассажирообразующих пунктов и мест их притяжения. Неравномерность может быть выражена как доля интенсивности движения, приходящаяся на данный отрезок времени, либо как отношение наблюдаемой интенсивности к средней за одинаковые промежутки времени.

Необходимо отметить, что в литературе по дорожному движению вследствие неравномерности транспортных потоков по времени часто применяют понятие объем движения в отличие от интенсивности движения. Под объемом движения понимают фактическое число автомобилей, проехавших по дороге в течение принятой единицы времени, полученное непрерывным наблюдением за обозначенный период. Неравномерность транспортных потоков проявляется не только во времени, но и в пространстве, то есть по длине дороги и по направлениям. Для характеристики пространственной неравномерности транспортного или пешеходного потока могут быть также определены соответствующие коэффициенты неравномерности по отдельным улицам и участкам дорог. Наиболее часто интенсивность движения транспортных средств и пешеходов в практике организации движения характеризуют их часовыми значениями.

При исследованиях и проектировании организации движения приходится прибегать к описанию транспортных потоков математическими методами. Первостепенными задачами, послужившими развитию моделирования транспортных потоков, явились изучение и обоснование пропускной способности магистралей и их пересечений. Поведение транспортного потока очень изменчиво и зависит от действия многих факторов и их сочетаний. Наряду с такими техническими факторами, как транспортные средства и сама дорога, решающее влияние на него оказывают поведение водителей и пешеходов, а также состояние сред движения.

Основы математического моделирования закономерностей дорожного движения были заложены в 1912 году русским ученым профессором Г.Д.Дубелиром. Первая попытка обобщить математические исследования транспортных потоков и представить их в виде самостоятельного раздела прикладной математики была сделана Ф.Хейтом. Известные и нашедшие практическое применение в организации дорожного движения математические модели можно разделить на две группы в зависимости от подхода. Это детерминированные и вероятностные, то есть стохастические.

К детерминированным относятся модели, в основе которых лежит функциональная зависимость между отдельными показателями, например, скоростью и дистанцией между автомобилями в потоке. При этом принимается, что все автомобили удалены друг от друга на одинаковое расстояние. Стохастические модели отличаются большей объективностью. В них транспортный поток рассматривается как вероятностный, случайный процесс. Например, распределение временных интервалов между автомобилями в потоке может приниматься не строго определенным, а случайным.

Для уточнения взаимного пространственного положения движущихся транспортных средств введено такое понятие, как динамический габарит транспортного средства. Данный параметр определяют как сумму длины транспортного средства, дистанции безопасности и зазора до остановившегося впереди автомобиля. Для легковых автомобилей этот зазор колеблется в пределах 1-3 метров. Известно по крайней мере три подхода к определению динамического габарита.

При расчете минимальной теоретической дистанции исходят из абсолютно равных тормозных свойств пары автомобилей и учитывают только время реакции ведомого водителя. Тогда динамический габарит состоит из суммы длины транспортного средства, зазора и произведения скорости и времени реакции водителя. В этом случае возможная интенсивность транспортного потока не имеет предела по мере увеличения скорости. Однако это не соответствует реальным характеристикам водителей и приводит к завышению возможной интенсивности потока. Здесь главную роль играет практическое значительное увеличение времени реакции при высоких скоростях.

При расчете на полную безопасность исходят из того, что дистанция безопасности должна быть равна полному остановочному пути заднего автомобиля. Такой подход больше соответствует требованиям обеспечения безопасности движения при скоростях, превышающих 90 километров в час. Наиболее же реальный подход основан на той предпосылке, что при расчете дистанции безопасности надо учитывать разницу тормозных путей автомобилей, а также то обстоятельство, что лидер в процессе торможения также перемещается на расстояние, равное своему тормозному пути. В результате изучения транспортных потоков высокой плотности и специальных экспериментов, проведенных американскими специалистами, была предложена теория следования за лидером, математическим выражением которой является микроскопическая модель транспортного потока.

Микроскопической ее называют потому, что она рассматривает элемент потока, пару следующих друг за другом транспортных средств. Особенностью этой модели является то, что в ней отражены закономерности комплекса «водитель-автомобиль-дорога-среда», в частности, психологический аспект управления автомобилями. Он заключается в том, что при движении в плотном транспортном потоке действия водителя обусловлены изменениями скорости лидирующего автомобиля и дистанции до него.

Сергей ЗОЛОТОВ

Принятие решений по организации дорожного движения и перевозок, планированию работы транспортных систем, оценка эффективности функционирования улично-дорожной сети возможны только на основе изучения параметров транспортных потоков и зависимостей между ними в конкретных условиях. Поэтому сбор и обработка информации о зависимостях между основными характеристиками транспортных потоков - интенсивностью, плотностью и скоростью - является существенной частью деятельности по организации дорожного движения Сводная таблица основных параметров дорожного движения приведена в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Интенсивность движения q (x,t 1 ,t 2) - это количество транспортных средств, проходящих через какое-либо сечение или отрезок дороги за единицу времени (рис. 6.1). Наиболее часто в качестве промежутка времени принимается один час, и, соответственно, интенсивность движения определяется как авт/час . При решении некоторых задач используется информация о суточной и среднегодовой интенсивности движения.

Одной из основных особенностей изменения интенсивности движения является ее неравномерность во времени и пространстве. Распределение интенсивности движения по временным периодам определяется целями поездок и их частотой. Пространственное распределение интенсивности движения связано с распределением грузо - и пассажирообразующих пунктов, их концентрацией и мощностью.

Рис. 6.1. Схем движения транспортных средств на участке Х 1 Х 2 в течение времениt 1 ; t 2 .

Факторы, влияющие на формирование потребности в поездках, в значительной степени подвержены воздействию случайной составляющей, соответственно, случайным образом происходит и изменение интенсивности движения. Поэтому наиболее надежным методом оценки транспортной нагрузки является систематическое измерение интенсивности движения на дорожной сети.

Важнейшей информацией, которой руководствуются при организации дорожного движения, являются сведения о пиковых нагрузках. Изменение интенсивности движения в течение суток характеризуется прежде всего наличием утреннего и вечернего часов пик. В течение этих периодов времени отмечается высокая транспортная нагрузка, которая создает значительные проблемы участникам дорожного движения. Во время часа пик транспортная нагрузка составляет около 15 % суточной. Типичный график изменения интенсивности движения в течение суток приведен на рис. 6.2.

Рис. 6. 3. Выделение пикового периода времени

Анализ изменения транспортной нагрузки показывает, что, вследствие неравномерности изменения интенсивности движения, внутри часа пик возможно существование периодов времени, в которые интенсивность превышает среднепиковые нагрузки Поэтому интенсивность движения в час пик рекомендуется анализировать по пяти­минутным периодам В этом случае выделяют пиковый период - непрерывный интервал времени, в течение которого пятиминутные интенсивности движения превышают среднюю для всего часа пик интенсивность (рис. 6.3).

В данном примере интенсивность движения в 15-минутный период пик на 20% превышает среднюю интенсивность за час пик. Игнорирование этого фактора может привести к ошибочным решениям при разработке схем организации дорожного движения.

Сезонные колебания интенсивности движения способствуют формированию плотных транспортных потоков в летний период времени.

Пространственные колебания интенсивности движения проявляются в разном уровне транспортной нагрузки на различных участках улично-дорожной сети.

Неравномерность интенсивности движения оценивается коэффициентом неравномерностиК н ,представляющим собой отношение фактической интенсивностиq ф за рассматриваемый промежуток времени к средней интенсивностиq c за более длительный промежуток времени:

(6.1)

Так, например, коэффициент годовой неравности

(6.2)

Где 12 – число месяцев в году, q i – интенсивность движения за рассматриваемый месяц.

Интенсивность движения оказывает влияние на транспортные затраты (рис. 6.4).

Состав транспортного потока существенным образом влияет на условия и режимы движения автомобилей. Оценка состава транспортного потока осуществляется, в основном, по процентному составу или доле транспортных средств различных типов. Объективная оценка уровня транспортной нагрузки, сравнение уровня загрузки различных магистралей могут быть произведены только с учетом состава транспортного потока.

Влияние состава потока на другие характеристики дорожного движения обусловлено многими факторами. Во многом это происходит вследствие различия динамических и тормозных качеств легковых и грузовых автомобилей. На рис. 6. 5 приведены нормативные данные о длине тормозного пути для грузовых и легковых автомобилей. В процессе эксплуатации эти различия становятся еще более ощутимыми. Поэтому в смешанном транспортном потоке повышается вероятность возникновения потенциально опасных ситуаций.

Более низкая скорость движения грузовых автомобилей по сравнению с легковыми вынуждает водителей легковых автомобилей совершать обгоны для поддержания приемлемого для них скоростного режима. Маневрирование осуществляется в условиях ограниченной видимости при следовании легкового автомобиля за грузовым и также повышает риск попадания в ДТП.

Все эти аспекты обусловили необходимость применения коэффициентов приведения к условному легковому автомобилю. Определение значений коэффициентов приведения базируется на сравнении динамических габаритов различных типов транспортных средств Динамическим габаритом автомобиля Dназывается отрезок полосы дороги, включающий длину автомобиля и дистанцию, необходимую для безопасного следования за впереди идущим автомобилем (рис. 6.6).

В соответствии со СНиП 2 05-85 значения коэффициентов приведения к условному легковому автомобилю следует принимать

Рис. 6.4. Изменение затрат С на пробег в зависимости от интенсивности q движения: 1 - легковой автомобиль; 2 - грузовой автомобиль; 3 – автопоезд.

Рис. 6.6. Динамический габарит автомобиля

Рис. 6.5. Нормативные значения тормозного пути легковых и грузовых автомобилей в зависимости от скорости

легковые автомобили
грузовые автомобили грузоподъемностью:
от 2 до 6 т
от 6 до 8 т
от 8 до 14 т
свыше 14 т
автопоезда грузоподъемностью до 12 т
автопоезда грузоподъемностью от 12 до 20 т
автобусы
троллейбусы
сочлененные автобусы и троллейбусы

Расчет интенсивности движения в приведенных единицах производится по формуле

где q пр - интенсивность движения в приведенных единицах,q i - интенсивность движения автомобилейi -го типа,К пр i - коэффициент приведения автомобилейi - го типа

Важность использования коэффициентов приведения при решении практических задач организации дорожного движения видна на примере анализа транспортной нагрузки на двух участках дорог. На первом участке при суммарной интенсивности движения 500 авт/ч распределение автомобилей по типам имеет следующий вид легко вые - 400, грузовые грузоподъемностью до 2 т - 80, автобусы - 20 На другом участке при той же интенсивности движения 500 авт/ч состав потока отличается: легковые - 200, грузовые до 2 т - 100, грузовые от 2 до 6 т - 100, автопоезда до 12 т - 60, автобусы - 40. С учетом состава потока интенсивность движения в приведенных единицах на первом участке составляет 570 авт/ч,на втором - 760 авт/ч.

В зависимости от преобладания в потоке того или иного типа транспортного средства условно транспортный поток относят к одной из трех групп: смешанный поток (30-70% легковых автомобилей, 70-30% грузовых автомобилей), преимущественно грузовой (более 70% грузовых автомобилей), преимущественно легковой (более 70 % легковых автомобилей)

Плотность транспортного потока k (х 1 , x 2 , t ) определяется числом транспортных средств, приходящихся на 1 км полосы дороги. Единица измерения плотности транспортного потока - авт/км. С увеличением плотности транспортного потока сокращается дистанция между автомобилями, снижается скорость движения, увеличивается напряженность труда водителя, ухудшаются условия движения. Максимальная плотность транспортного потока достигается в заторовых ситуациях. Численные значения максимальной плотности определяются составом потока. Для смешанного состава транспортного потока она составляет около 100 авт/км, для преимущественно легковых автомобилей - до 150 авт/км.

Основные трудности использования информации о плотности транспортного потока связаны со сложностью непосредственного измерения этого параметра дорожного движения.

В организации дорожного движения в зависимости от методов измерения и расчета сложилась определенная терминология при характеристике скорости.

Временная (мгновенная) скорость - скорость транспортного средства в каком-либо сечении дороги. Измерение мгновенной скорости не представляет трудностей, т к. при этом используются разнообразные средства измерений: секундомер, фиксирующий прохождение мерного участка; видеокамера; радар; транспортный детектор. Кроме того, для получения достоверных результатов можно замерить скорости множества автомобилей в транспортном потоке. Поэтому мгновенная скорость наиболее широко применяется в практической деятельности по организации дорожного движения.

Пространственная скорость оценивает изменение скоростного режима по длине магистрали. Наиболее полно характеризует условия движения на улично-дорожной сети. Однако подобную информацию можно получить только в процессе непрерывной записи скорости с использованием дорожно - исследовательской лаборатории. Достоверность результатов измерений обеспечивается многократным проездом по исследуемой магистрали.

Скорость движения оценивается только с учетом времени движения автомобиля по улично-дорожной сети.

Скорость сообщения определяется с учетом задержек при движении.

На основе данных о скорости транспортного потока можно определить такой удельный показатель, как темп движения - величину, обратную скорости сообщения. Темп движения оценивает время прохождения единицы длины маршрута и предоставляет наглядную информацию об условиях организации движения и перевозок.

В общем виде соотношение между интенсивностью, плотностью и скоростью описывается основным уравнением транспортного потока:

где q- интенсивность движения, k - плотность транспортного потока, v - скорость транспортного потока.

Соответствующие графики приведены на рис. 6.7.

График зависимости между интенсивностью и плотностью обычно называют основной диаграммой транспортного потока. На этом графике прослеживаются основные закономерности изменения состояния транспортного потока. Первая граничная точка соответствует нулевой интенсивности и плотности и характеризует свободные условия движения. Первоначально увеличение плотности вызывает возрастание интенсивности движения, и этот процесс продолжается до достижения пропускной способности дороги. Дальнейшее увеличение плотности приводит к значительному ухудшению условий движения, возникновению заторовых ситуаций, снижению интенсивности движения. Вторая граничная точка соответствует полной остановке движения при максимальной плотности и нулевой интенсивности.

Рис. 6.7. Зависимости между интенсивностью, плотностью и скоростью.

Исходя из основного уравнения транспортного потока, тангенс угла наклона радиус-вектора, проведенного из начала координат основной диаграммы к какой-либо точке графика (в данном случае точка 1), показывает скорость движения при данной интенсивности и плотности.

Задержки движения характеризуются потерей времени при прохождении транспортным средством заданного участка со скоростью сообщения ниже оптимальной:

где v ф;v о - соответственно фактическая и оптимальная скорости сообщения.

Оптимальной скоростью в данном случае следует считать скорость сообщения, обеспечивающую минимум потерь времени, топлива, расходов, связанных с износом автомобиля, потерь от ДТП и т. д. Ввиду трудности определения истинного значения оптимальной скорости в практике организации движения условно в качестве оптимальной принимают разрешенную (расчетную по условию безопасности) скорость на данном участке дороги.

Потери времени транспортного потока

где q - суммарная интенсивность движения.

Различают задержки на перегонах и пересечениях. Задержки на перегонах являются результатом маневрирования, наличия в потоке автомобилей, движущихся с малыми скоростями, движения пешеходов, остановок и стоянок транспортных средств, перенасыщенности потока. Задержки на пересечениях являются результатом необходимости пропуска транспортных и пешеходных потоков по пересекающимся направлениям.

В совокупности все эти зависимости позволяют прогнозировать изменение состояния транспортного потока и пропускной способности при планировании мероприятий по совершенствованию организации дорожного движения и развитию улично-дорожной сети

Из кн. Коноплянко В. И., Гуджоян О. П ., Зырянов В. В., Березин А. С. « Безопасность движения». Учебное пособие. Кемерово 1998 г.

6. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОДД

Технические средства организации дорожного движения (ТСОДД) предназначены для регулирования движения транспортных и пешеходных потоков. Регулирование (от латинского regula - норма, правило) ДД – это поддержание на определенном уровне показателей пешеходных и транспортных потоков, с целью обеспечения эффективности и безопасности дорожного движения.

По назначению ТС делятся на:

Средства информирования участников движения (светофоры, дорожные знаки и указатели, дорожная разметка, направляющие устройства);

Устройства, обеспечивающие нормальное функционирование средств информации (контролеры, детекторы, устройства обработки и передачи информации, средства диспетчерской связи, ЭВМ и т. д.);

Рассматривая средства информирования с позиций основного ее пользователя - водителя, можно условно разделить их по формированию знаний и месту получения .

С позиций формирования знаний информация может быть классифицирована следующим образом (рис 6. 1):

Априорная (опытная) профессиональная информация, формирующая знания законов дорожного движения, навыки по управлению транспортным средством и т. п. Ее формирование происходит в процессе обучения и всего последующего профессионального опыта;

Макроинформация, формирующая знания о направлении движения для достижения цели поездки,

Микроинформация, формирующая знания о выборе водителем оперативного режима движения.

По месту получения информация может быть при дорожном и внедорожном движении (см. рис. 6. 1).

Роль внедорожной информации в эффективности и безопасности движения заключается, прежде всего, в создании и повышении уровня априорной информации.

Макроинформация. Узким местом в ОДД в настоящее время является низкое информационное обеспечение участников дорожного движения средствами управления и организации дорожного движения.

Макроинформация формирует знания водителей о направлении движения. Недостаток или полное отсутствие такого вида информации приводит к ряду негативных последствий.

По зарубежным данным, в Великобритании из-за неудовлетворительного размещения дорожных знаков, недостатков дорожного освещения и прочего происходит 28% всех ДТП, перепробег автомобилей, вызванных ошибками водителей при выборе направления движения, составляет 4 - 6, 5% от общего пробега, дополнительные затраты топлива при этом составляют около 1100 млн. литров в год. По предварительным экономическим оценкам разрабатываемая система информирования водителей (ориентирование, сведения о метеорологических условиях, опасных зонах по ходу движения и т. д.) в Великобритании сэкономит около 2 млрд. ф. ст. в год. Таким образом, проблема совершенствования информационного обеспечения дорожного движения представляется актуальной и ее решение позволит существенно снизить суммарные потери автомобильного транспорта.

Макроинформацию, являющуюся управляющей по своей природе, можно разделить на два вида: ориентирование и указание. Появившиеся в последнее время автомобильные навигационные системы относятся к классу информирующих и ориентирующих систем, представляющих собой автоматизированные персональные системы, помогающие конкретным водителям в выборе наиболее оптимального маршрута. Заполнение западного рынка такими системами идет довольно высокими темпами и ожидается, что к 2000 г. уже на 10 млн. автомобилей будут установлены такие навигационные системы.

Прогресс в радиоэлектронике, вычислительной технике и информатике обеспечил достаточно широкое развитие информационно-навигационных систем на автомобильном транспорте. Автомобильные навигационные системы, позаимствовавшие свое название из морской и авиационной терминологии, можно отнести к следующему поколению автоматизированных систем управления движением (АСУД). Их применение позволяет снизить время и стоимость поездки и, кроме того, дает возможность водителю оперативно корректировать свой маршрут.

Подобные системы построены по следующему логическому алгоритму:

1) определение пространственной координаты данного ТС на дорожной сети в данный момент времени;

2) определение маршрута движения ТС от места нахождения до места назначения и доведение этого маршрута до водителя;

3) обеспечение пользователя, находящегося в ТС, возможностью передачи и приема информации с отображением на дисплее (или в другом виде).

Использование навигационных систем должно рассматриваться как ресурсосберегающий фактор на автомобильном транспорте. Эффективность применения таких систем состоит в минимизации прежде всего времени поездки, экономии топлива, снижении уровня загрязнения окружающей среды, амортизационных расходов и уменьшении психофизиологического напряжения водителей.. Распространение автомобильной навигации в массовом масштабе позволит обеспечить оптимальное распределение транспортных потоков по улично-дорожной сети и повысить безопасность движения.

При постоянно возрастающей интенсивности дорожного движения и выпуске моделей автомобилей со все более нарастающими динамическими характеристиками возникает проблема совершенствования систем обеспечения безопасности и снижения экономических потерь дорожного движения Один из возможных путей решения этой проблемы состоит в совершенствовании системы дорожной информации.

В последние годы за рубежом наметилась тенденция к введению в систему информации дорожного движения элементов, предназначенных для передачи участникам дорожного движения сведений, необходимых при планировании и выборе маршрута следования. Иными словами, информации, обеспечивающей ориентирование участников движения.

Водители сейчас имеют широкий доступ к различным источникам информации, которые помогают им достичь пункта назначения кратчайшим и безопаснейшим путем. Диапазон этих средств достаточно велик - от печатных материалов, таких как карты, до сводок о дорожной обстановке, передаваемых по радио. Сюда же относятся и дорожные указатели направлений движения.

До сих пор такие средства помощи большей частью служили лишь дополнительными удобствами для водителей, т. к. было возможно в большинстве случаев добраться до пункта назначения, не прибегая к их помощи. Однако сегодня эта ситуация постоянно меняется в связи с возрастанием числа транспортных средств и увеличением плотности движения. В силу ряда причин, таких как необходимость экономии горючего и времени, информация о дорожной обстановке становится все более актуальной.

Целевой функцией дорожного движения является быстрое, экономичное и безопасное перемещение грузов и пассажиров. Реализация целевой функции возможна при наличии маршрута, соединяющего начальный и конечный пункты поездки. Возможность выбора альтернативных маршрутов подразумевает решение оптимизационной задачи с целью выбора оптимального по заданному критерию маршрута, но недостаточно только рассчитать маршрут, необходимо еще и обеспечить условия его соблюдения, т. к. положительный эффект может быть достигнут только в случае обеспечения движения транспортных средств именно по этим оптимально вычисленным маршрутам. Таким образом, задача указания маршрута движения является логическим завершением поставленной задачи оптимизации.

Отклонение от оптимального маршрута неизбежно приводит к непроизводительным затратам. Зарубежные эксперименты показали, что время, затраченное на передвижение от исходного пункта к заданному при имеющемся информационном обеспечении дорожного движения, может превышать оптимальное более чем в 2 раза, при этом расход топлива на 35%, а пробег автомобилей на 30% и более превышают оптимальное значение (при идеальном маршруте).Причем вероятность отклонения от маршрута увеличивается, если водитель следует по такому пути впервые. В связи с этим, наряду с другими актуальными задачами организации дорожного движения необходимо рассматривать задачу создания системы ориентирования водителей, находящихся на незнакомых маршрутах.

Задачи организации дорожного движения на сегодняшний день усложнились настолько, что эффективное управление им невозможно обеспечить только традиционными элементами системы информации дорожного движения - дорожными знаками и указателями, дорожной разметкой, светофорами и направляющими устройствами. Сказывается, с одной стороны, ограниченность возможности водителя по восприятию дорожной информации ввиду так называемого "дефицита времени", в условиях которого постоянно находится человек, управляющий транспортным средством. С другой стороны, сказываются лимитированные возможности средств информации по видам и, главное, оперативности передаваемой информации.

В условиях усложнения улично-дорожных сетей городов и накладываемой на эти сети системы организации движения для водителя все более необходимой становится возможность получения информации стратегического характера, на основе которой он может оценить и спрогнозировать обстановку на предстоящем пути следования. В этой связи также актуальной становится цель разработки принципов организации системы маршрутного ориентирования и информирования водителей, помогающей им в выборе наиболее оптимального маршрута. Такие системы относятся к классу навигационных систем Их основная цель - минимизация времени и стоимости поездки.

Рис. 6. 1. Классификация средств информации

В настоящее время предпринимаются успешные попытки применения различных методов навигации для использования на автомобильном транспорте. К таким методам относятся:

счислительные (автономные);

радиогониометрические;

инерциальные;

с использованием навигационных маяков;

гиперболические;

разностно-дальномерные.

Последние два метода относятся к спутниковой навигации, в отличие от радиолокационных методов, использующих радиостанции наземного базирования. Классификация методов навигации представлена в виде схемы (рис. 6.2).

Каждый из этих методов имеет свои особенности, вытекающие из сути самих методов.

Рис. 6. 2. Классификация методов навигации

При автономных методах осуществляется определение местоположения (навигация) транспортного средства с учетом счисления пройденного пути и направления движения, исходя из координат известной начальной точки маршрута. Они обеспечивают непрерывную информацию о местоположении объекта, но точность этого указания убывает с увеличением времени движения и пройденного расстояния. Счислительные методы просты и удобны в обслуживании.

Радионавигация определяет местоположение транспортного средства по разности расстояний от него до двух пар синхронно работающих наземных радиостанций. Точность системы определяется вероятностью затухания и отражения радиоволн в пространстве и возможными помехами.

Инерциальная навигация основана на использовании гироскопов и акселерометров. Такие системы не просты в обслуживании из-за необходимости поддержания необходимой частоты вращения гироскопов.

Рис. 6. 3. Схема передачи управляющей информации водителю: Д - датчики данных об условиях дорожного движения; БД - сбор данных об условиях движения; ЦУ - центр управления; УИ - управляющая информация, вырабатываемая; ЦУ, А – автомобили.

В методе, основанном на использовании навигационных маяков, эти так называемые "маяки" являются источниками информации, обеспечивающими водителей сведениями о местоположении их автомобилей. Точность такой системы зависит от того, насколько часто расположены маяки. Работа системы не подвержена систематической погрешности, присущей счислительным системам. К их недостаткам относятся: невозможность определения местоположения вне зоны досягаемости маяка; необходимость наличия маяков на каждом перекрестке; система не обладает свойством непрерывности и не может быть использована в масштабе всей территории страны.

Спутниковая навигация, являющаяся разновидностью радионавигации, отличается теми же недостатками, что и система навигационных маяков (отсутствие непрерывности слежения при отсутствии контакта со спутником), но позволяет охватывать большие территории (в принципе - весь земной шар) и характеризуется постоянством точности определения местоположения транспортного средства на всем маршруте.

Необходимо отметить, что в настоящее время происходит слияние разных методов навигации для создания систем ориентирования, компенсирующих недостатки каждого метода. Тем самым обеспечивается возможность работы системы в различных условиях.

Основными элементами любой навигационной системы являются датчики навигационной информации, навигационный вычислитель и средства отображения и предоставления полученной информации. Все навигационные системы имеют сходную структуру управления, которую можно описать в виде так называемой "петли управления".

Данные об условиях дорожного движения собираются датчика ми, расположенными вдоль дорог, и обрабатываются в центре управления, который рассчитывает путь проезда автомобиля и передает управляющую информацию водителю. Эта информация различными способами передается на приборы, расположенные в автомобиле. Такая схема управления представлена на рис. 6. 3.

Таким образом, получается замкнутая система управления, состоящая из управляемой системы (автомобиля, а точнее, водителя), управляющей системы (центра управления) и цепей управления (каналов связи или воздействия одной системы на другую). В зависимости от уровня сложности системы некоторые элементы могут не входить в ее состав.

Навигационные системы включают в себя системы коллективного и персонального действия. Коллективное действие означает, что одни и те же сообщения получают все водители, независимо от потребности их в этой информации. Системы же индивидуального действия обеспечивают водителю передачу только тех сообщений, которые он запрашивает.

Техническая реализация этих систем основывается на самых разных принципах механических, электронных, космической связи и т. д.

В соответствии с существующими методами навигации на сегодняшний день можно дать следующую классификацию автомобильных навигационных систем по наличию линий связи автономные системы, системы с односторонней связью, системы с двусторонней связью между бортовым навигационным комплексом автомобиля и центром управления По типу используемых в каждой системе данных их можно разделить на два класса Первый класс - системы, работающие на основе фиксированных (постоянных) данных о дорожной сети, условиях движения и т. д. - класс статических систем Второй класс - системы, располагающие периодически изменяющимися данными, - класс динамических систем.

К автономным системам можно отнести маршрутные компьютеры и системы, использующие счислительный метод навигации В системах с односторонней связью можно выделить два подкласса, обусловленных историческим развитием этой разновидности систем информирования водителей - радиомаяки и радиоинформаторы К этому типу систем относятся также системы диспетчерской связи на городском пассажирском транспорте И, наконец, системы с двусторонней связью представляют собой наиболее сложную систему указания маршрутов движения, использующую стационарные вычислительные центры

Классификацию систем информирования и навигации водите лей можно представить в виде табл. 6. 1. Функции систем разных классов представлены в табл. 6 2

Таблица 7.1.

Классификация навигационных систем по типу используемых данных

Статическая	Фиксированные	Наличие каналов связи
		автономные	односторонние	двусторонние
		Маршрутные компьютеры	Радиомаяки
Динамическая	Переменные		Радиоинформаторы	Системы указания маршрутов