Якимов М. Р. МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ОБОСОБЛЕННЫХ ПОЛОС ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА НА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ КРУПНОГО ГОРОДА

3 марта, 2014 admin 1

Эффективность функционирования городской транспортной системы напрямую зависит от эффективности использования выделенных для её функционирования территорий обще-го пользования. Основным и определяющим параметром эффективности использования от-дельного элемента улично-дорожной сети (УДС) является коэффициент использования провоз-ной способности данного участка. В зависимости от технических характеристик действующей на каждом участке системы транспорта провозная способность может изменяться в очень широких пределах. Для наземного транспорта наибольшую провозную способность обеспечивают системы, основанные на рельсовом транспорте и соответственно, наименьшую провозную способность обеспечивает поток индивидуальных легковых автомобилей. Вместе с тем остается актуальной задача, обносящаяся к вопросам организации дорожного движения на участках улично-дорожной сети на которых функционируют сразу несколько систем транспорта. Очевидно, что предоставление приоритетов для движения по участку улично-дорожной сети для одной из систем транспорта неизбежно приводит к сдерживанию остальных. Нахождение разумного баланса в вопросах предоставления приоритетов в движении отдельным системам транспорта путем предоставления обособленных полос движения в составе общего пространства проезжей части улицы или дороги, является актуальной задачей в области организации дорожного движения в современных крупных городах [1].

Выделение обособленных полос для движения общественного транспорта на улично-дорожной сети города актуально для участков УДС, где количество полос превышает одну полосу движения в одном направлении.

Транспортный поток представляет собой совокупность упорядоченно движущихся в определенном направлении транспортных средств. Для каждого транспортного средства, составляющего поток, будем рассматривать следующие технические характеристики:

wi – вместимость транспортного средства, чел/ТС.

Li – динамический габарит автомобиля, м.

Рассмотрим задачу определения целесообразности выделения обособленной полосы для движения общественного транспорта на примере участка улично-дорожной сети. Характеристиками исследуемого участка являются:

n – количество полос движения в одном направлении;

qi – интенсивность движения индивидуального транспорта, ТС/час;

qo – интенсивность движения общественного транспорта, ТС/час;

qmax – максимальная пропускная способность полосы движения исследуемого участка, ТС/час;

t0 – время прохождения заданного участка в свободной сети, сек.

Зависимость актуального времени прохождения участка от загруженности участка имеет вид /2,3/:


где

Takt – актуальное время прохождения заданного участка в загруженной сети, сек;

k – коэффициент приведения единиц общественного транспорта к легковым автомобилям;

a, b, с – параметры модели движения транспортного потока. Для участков УДС г. Перми они назначены как 1, 2, 1, соответственно.
За расчетную единицу транспортного средства будем считать легковой автомобиль, тогда остальные транспортные средства (автобусы различной вместимости, грузовые автомобили) будем приводить к легковым автомобилям, используя коэффициент приведения.
Расчет коэффициента приведения можно произвести следующим образом:


где

Loti— динамический габарит i-го вида общественного транспорта, м.

Lла – динамический габарит легкового автомобиля, м.

Рассчитаем актуальное время прохождения участка улично-дорожной сети для двух вариантов организации дорожного движения по полосам:

1) Вариант 1. Движение по всем полосам проезжей части общее, как для общественного, так и для индивидуального транспорта. Общественный транспорт движется в общем потоке транспортных средств.

2) Вариант 2. Крайняя правая полоса выделена для движения общественного транспорта, остальные полосы – для общего движения остального транспортного потока.

Соблюдается строгое условие того, что общественный транспорт движется только по выделенной полосе.

Следовательно, в общем потоке движутся все транспортные средства, кроме общественного транспорта.

Подробно рассмотрим каждый из предложенных вариантов организации движения:

Вариант 1.

Зависимость актуального времени прохождения участка от загруженности участка, с учетом специфики движения в крупном городе имеет вид:

Тогда общее время задержки для всех участников движения на рассматриваемом участке улично-дорожной сети для варианта 1 будет рассчитываться следующим образом:

где

Т1 – общее время задержки для всех участников движения на рассматриваемом участке улично-дорожной сети для варианта 1;

Wла – средняя наблюдаемая на участке УДС вместимость легкового транспорта;


где

qj – интенсивность движения общественного транспорта j –го вида;

wj – вместимость единицы подвижного состава общественного транспорта j –го вида.

Пример различных видов подвижного состава общественного транспорта эксплуатируемого в крупных городах:
• Маршрутные автобусы особо малой вместимости (ГАЗель);
• Автобусы малой вместимости (ПАЗ);
• Автобусы большой вместимости (MAN, MERCEDES);
• Автобусы особо большой вместимости (сочлененные автобусы);
• Трамвай;
• Троллейбус.

Вариант 2.

Выразим актуальное время движения транспортных потоков на рассматриваемом участке улично-дорожной сети для второго варианта организации дорожного движения. Таким образом, для общего потока транспортных средств актуальное время движения будет рассчитываться как:

Актуальное время движения по выделенной полосе общественного транспорта будет рассчитываться как:

Общее время задержки для всех участников движения на рассматриваемом участке улично-дорожной сети для варианта 2 будет рассчитываться следующим образом:

где

Т2 – общее время задержки для всех участников движения на рассматриваемом участке улично-дорожной сети для варианта 2.

Проведем сравнительный анализ рассматриваемых вариантов. Для этих целей выразим разность временных задержек, рассчитанных для каждого варианта организации движения по формулам (4) и (7).

Разность общего времени задержек для варианта 1 и варианта 2 после преобразования примет вид:

При различных интенсивностях движения индивидуального и общественного транспорта функция разности общего времени задержек может принимать как отрицательное, так и положительное значение.

При отрицательных значениях функции разности (8) – выделение полосы общественно-го транспорта не целесообразно. Так как общее время задержки всех участников движения при организации выделенной полосы для общественного транспорта будет превышать общее время задержки при организации движения без выделения полосы.

При положительных значениях разности, выделение полосы общественного транспорта – целесообразно. При этом общее время задержки всех участников движения при организации выделенной полосы для общественного транспорта – сократится

Рассмотрим описанную выше теорию на примере:

Исследуем выражение для разности (8) как функцию от двух переменных qi и qo. Для всех остальных параметров примем следующие значения:

Вместимость легкового автомобиля – Wла=1,4 чел/авто;

Вместимость единицы общественного транспорта – Wот=40 чел/авто;

Коэффициент приведения единицы подвижного состава общественного транспорта к легковому автомобилю – k=2 ;

Количество полос движения – n=3 полосы движения;

Максимальная пропускная способность полосы движения – qmax=600 ЛА/час для одной полосы движения /4/;

Время прохождения рассматриваемого участка улично-дорожной сети – t0=40 сек.

Максимальная пропускная способность одной полосы составляет qmax=600 легковых автомобилей в час. Такая величина была принята в соответствии с «Рекомендациями по проектированию улиц и дорог», в которых указано, что на магистральных улицах общегородского значения с регулируемым движением, расчетная интенсивность в легковых автомобилях составляет от 700 до 500 легковых автомобилей в час на полосу движения.

Необходимо построить график функции по следующим заданным параметрам:

Если приравнять к нулю функцию разности

то можно найти геометрической место точек, для которых выделение полосы общественного транспорта приведет к снижению общего времени задержек для всех участников движения на рассматриваемом участке улично-дорожной сети. На рисунке 3 отображены на одном графике и функция разности задержек (9) и плоскость (10) для рассматриваемого примера.

На рисунках 1 и 2 отображены 3-х мерные представления графиков функций (9) и (10). На рисунке 3 отображено совместное графическое представление функций (9) и (10).


Рис. 1. Графическое представление функции (9).


Рис. 2. Графическое представление функции (10).


Рис. 3. Совместное графическое представление функций (9) и (10).

Если разность (10)<0, то суммарные задержки участников движения при выделенной полосе для движения общественного транспорта превышают суммарные задержки, когда общественный транспорт движется в общем потоке.

Если разность (10)>0, то суммарные задержки участников движения при выделенной полосе для движения общественного транспорта меньше, чем суммарные задержки, когда общественный транспорт движется в общем потоке.

Для обоснования выделения полосы общественного транспорта необходимо использовать в качестве исходных данных интенсивность движения транспортного потока в приведенных единицах без учета общественного транспорта qi и отдельно интенсивность движения общественного транспорта qo. Исходные данные необходимо подставить в соотношение (8) и определить значение разности задержек (10) при различных вариантах организации движения. Если полученное значение (10) будет больше нуля, то есть смысл говорить о выделении полосы общественного транспорта на рассматриваемом участке, так как при этом сократится общее время реализации транспортных корреспонденций всеми участниками дорожного движения.

Далее приведем описанную методику для рассмотренного примера из соотношения (9). Если приравнять разность к нулю ((10)=0) и преобразовать выражения, то можно получить геометрическое место точек, которое будет удовлетворять следующему уравнению:

Построим плоскую номограмму для найденного равенства (см. рисунок 4):


Рис. 4. Номограмма для соотношения (11).

Серым цветом выделена область, где разность задержек (10)>0. На рисунке наглядно показана область, для которой выделение полосы общественного транспорта снизит общее время задержки для всех участников движения на рассматриваемом участке.

Номограмма, приведенная на рисунке 4, представляет собой практический интерес: ее можно использовать для обоснования необходимости выделения полосы общественного транспорта для участков улично-дорожной сети с 3-мя полосами движения. Так, располагая исходными данными об интенсивности движения транспортных потоков, можно проверить в какой области находится точка на графике с заданными значениями исходных параметров qi, q0 , и в последующем определить целесообразность выделения на этом участке сети полосы для движения общественного транспорта.

Номограммы, аналогичные номограмме, представленной на рисунке 4, для участков улично-дорожной сети с 2-мя и 4-мя полосами движения приведены на рисунках 5 и 6 соответственно.


Рис. 5. Номограмма функции (10)=0 для участка с двумя полосами движения.


Рис. 6. Номограмма функции (10)=0 для участка с четырьмя полосами движения.

Заключение.

Приведенная методика может использоваться организациями и специалистами в области организации дорожного движения при создании проектов по организации дорожного движения, для обоснования необходимости выделения обособленных полос для движения общественного транспорта, с целью снижения общего времени реализации транспортных корреспонденций. Представленная методика позволяет определить те участки улично-дорожной сети, где есть возможность сокращения общего времени задержки в пересчете на всех участников дорожного движения, путем выделения отдельных полос для движения городского пассажирского транспорта общего пользования.

Описанная методика никаким образом не может быть применена для участков улично-дорожной сети с одной полосой движения в одном направлении.

Рассмотрим применение представленной выше методики в проведении реальных расчетов с использованием транспортной модели г. Перми.

В качестве исходных данных об интенсивности транспортных потоков будем использовать результаты перераспределения транспортных и пассажирских потоков, рассчитанные с использованием стандартной четырех-шаговой, транспортной модели города.

В модели транспортного предложения для каждого отдельного участка улично-дорожной сети города задано количество полос движения.

Интенсивность общественного транспорта в транспортной модели учитывается только для маршрутов городского пассажирского транспорта общего пользования, которые входят в маршрутную сеть города. Автобусы особо малого класса (ГАЗели), совершающие движение по несогласованным с организатором перевозок маршрутам, в модели не представлены, поэтому и при расчетах в описанной методике учитываться не будут. Вследствие чего, итоговый коэффициент приведения для единиц подвижного состава городского пассажирского транспорта общего пользования возьмем равным трем (k=3), Это обусловлено тем, что существующее расписание движения в транспортной модели города составлено для автобусов большой и особо большой вместимости.


Рис. 7. Картограмма результатов расчета целесообразности выделения обособленных полос для движения городского пассажирского транспорта общего пользования в городе Перми.

Жирными линиями выделены участки на которых выделение полос – целесообразно.

Для выбора параметра максимальной пропускной способности одной полосы движения на улично-дорожной сети использовали несколько источников информации:
1) Максимальная пропускная способность одной полосы составляет qmax=600 легковых автомобилей в час. Такая величина была принята в соответствии с «Рекомендациями по проектированию улиц и дорог» [4].
2) Средняя практическая пропускная способность одной полосы по данным интенсивности движения за 2006 год для города Перми, составляет 613 авто/час [5].
3) Из натурных данных, при определении максимальной наблюдаемой интенсивности движения на отдельных участках УДС города учитывались участки, где количество транспортных средств на полосу движения превышает 500 ТС в час «пик», таким образом, в среднем по городу Перми максимальная пропускная способность будет составлять 860 авто/час в час «пик».
4) Расчетная максимальная пропускная способность полосы движения полученная при помощи транспортной модели составляет 708 авто/час в час «пик».

Учитывая все вышеназванные источники, найдем среднее значение пропускной способности одной полосы движения qmax=714 легковых автомобилей в час «пик».

Подставив найденные параметры пропускной способности в выражение (8), получим значения для каждого участка улично-дорожной сети. Далее все участки УДС, для которых были выделены на картограмме (см. рисунок 7) жирными линиями, все остальные участки – тонкими линиями. Картограмма, на которой жирными линиями отображены участки улично-дорожной сети, где необходимо выделение отдельной полосы для движения общественного транспорта приведена на рисунке 7.

Список литературы

1. Якимов М.Р. Анализ влияния различных сценариев развития транспортной системы крупного го-рода на возможные варианты нарушения целостности городской структуры // Журнал «Вестник транспорта Поволжья» № 1 (25) 2011 г. с. 18-24.

2. Lohse D. Grundlagen der Stra?enverkehrstechnik und der Verkehrsplanung, Band 2: Verkehrsplanung, 2. Aufgabe, Berlin, Verlag f?r Bauwesen GMbH, 1997. – 326 с.

3. Ortuzar J.D., Willumsen L.G.. Modeling Transport. John Wiley & Sons Ltd, 2001. – 594 с.

4. Рекомендации по проектированию улиц и дорог городов и сельских поселений.. – М.: ЦНИИП Градостроительства Минстроя России, 1994. – 88 с.

5. Якимов М.Р. Транспортные системы крупных городов. – Пермь: Издательство ПГТУ, 2008. – 184 с.

Статья опубликована в журнале «Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)» | Выпуск 2(25), июнь 2011 (скачать)