Моделирование и прогнозирование движения транспортных потоков на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша

Объектом данного исследования является перекресток ул. Уинская – ул. Юрша. В область моделирования попадают пересечения улиц Уинская – Юрша и улицы Юрша с выездом от ТЦ « Карнавал».
При существующем варианте организации движения одной из основных проблем на перекрестке является выполнение маневра левого поворота с ул. Уинская на ул. Юрша, поскольку при осуществлении данного маневра происходит наибольшее количество аварий. Кроме того, на данном участке УДС происходит образование заторов в часы пик. Данный вариант организации движения отрицательно сказывается и на движении пешеходов через проезжую часть ул. Уинская: для того чтобы перейти ул. Уинская, пешеходу требуется значительное количество времени.
Исходными материалами для моделирования существующей ситуации и проектных схем организации движения являются проект планировки УДС, предоставленный Департаментом дорог и транспорта, на перекрестке и данные об интенсивности и структуре транспортного потока. Данные об интенсивности транспортного потока были получены на основе транспортной модели города Перми, реализованной в программном комплексе PTV Vision® VISUM. Кроме того, для получения структуры транспортного потока использовались данные натурных замеров интенсивностей транспортных потоков, проведенных в июле 2010 года. Информация об интенсивности транспортного движения на перекрестке приведена на рисунке 1. При моделировании использовались пиковые интенсивности транспортных потоков в утренний час пик (с 8-30 до 9-30 часов). Единицы измерения, приведенные на картограмме, соответствуют легковым автомобилям.

Рис. 1. Картограмма интенсивностей транспортных потоков в утренний (08.30-09.30) час пик.

Моделирование существующей ситуации и проектных схем организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Моделирование различных вариантов организации дорожного движения на исследуемом участке было проведено с помощью программного комплекса PTV Vision® Vissim. Программный комплекс Vissim разработан немецкой компанией PTV AG и используется для транспортного моделирования на микроуровне.
Существующая ситуация на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 2 представлена существующая организация движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша. Также на рисунке 2 указаны проблемные зоны данного участка УДС.

Рис. 2. Существующая организация движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

В зоне 1 часто происходят аварии. Аварийная ситуация возникает во время совершения потоками транспортных средств, движущихся с запада по ул. Уинская и с востока по ул. Уинская, маневра левого поворота. Возникает вопрос разъезда транспортных средств: левыми или правыми бортами.
Заметим, что к моменту сдачи проекта на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша в зоне 2 отсутствовала стоп-линия. Еще одна существующая на данный момент проблема связана с неудобством расположения головки светофорного объекта: транспортные средства, движущиеся с запада по ул. Уинская направо, попадают на поток ТС, движущийся по второстепенной дороге от ТЦ «Карнавал». Следовательно, при существующей организации движения создается дополнительный риск возникновения аварийной ситуации.
В зоне 3 проблема аналогична той, что обозначена в зоне 2 – неудобно расположен светофор.
Для того чтобы пешеходам перейти проезжую часть в зоне 4, необходимо затратить примерно полторы минуты. Этот достаточно длинный участок имеет недостаточно эффективно спланированную организацию светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для существующей ситуации, используемой при моделировании, приведена на рисунках 3,4. На рисунке 3 отображена схема расстановки светосигнальных установок.

Рис. 3. Существующая ситуация. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 4 представлены графики переключения головок светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 4. Существующая ситуация. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общий цикл светофорного регулирования составляет 85 секунд.

Для решения вышеописанных проблем были разработаны шесть проектных вариантов по организации движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.
При описании существующей организации дорожного движения на перекрестке были указаны основные проблемы, возникающие в настоящий момент.
Для решения задачи оптимизации работы на перекрестке были предложены 6 проектных вариантов. Далее приведено описание каждого предложенного варианта.

Проект 1.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 1) представлена на рисунках 5, 6. На рисунке 5 отображена схема расстановки светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 5. Проект 1. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 6 представлены графики переключения головок светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 6. Проект 1. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 80 секунд. Отличие проектной организации светофорного регулирования от существующей организации движения заключается в увеличении времени горения «зеленых» фаз для пешеходов через ул. Уинская. Также на данном участке УДС существуют стоп-линии и установлены головки светофорных объектов (обозначены на рисунке 5 под цифрами 6, 10). Светофоры установлены на тротуаре с правой стороны от проезжей части данного направления. В существующей ситуации установлены только дублирующие светофоры, что не соответствует требованиям ГОСТ Р 52289-2004 (Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств. Раздел 7 – правила применения дорожных светофоров). Разметка «стоп-линия 1.12» согласно правилам дорожного движения, применяется перед перекрестком, в местах, где движение регулируется светофором.

Проект 2.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 2) представлена на рисунках 7, 8. На рисунке 7 отображена схема расстановки светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 7. Проект 2. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 8 представлены графики переключения головок светофорных объектов.

Рис. 8. Проект 2. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 85 секунд. Отличие проектной организации светофорного регулирования от существующей ситуации заключается в увеличении времени горения «зеленых» фаз для пешеходов через ул. Уинская. Также выделена отдельная «зеленая» фаза для выполнения маневров с ул. Уинская на ул. Юрша (запад – юг) и с ул. Юрша на ул. Уинская (север – восток). Установлены стоп-линии и головки светофорных объектов (на рисунке 7 обозначены цифрой 2). Светофоры установлены на тротуаре с правой стороны от проезжей части данного направления. В существующей ситуации установлены только дублирующие светофоры, что не соответствует требованиям ГОСТ Р 52289-2004 (Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств. Раздел 7 – правила применения дорожных светофоров). Разметка «стоп-линия 1.12» согласно правилам дорожного движения, применяется перед перекрестком, в местах, где движение регулируется светофором.

Проект 3.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 3) представлена на рисунках 9,10. На рисунке 9 отображена схема расстановки светофорных объектов.

Рис. 9. Проект 3. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 10 представлены графики переключения головок светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская-ул. Юрша.

Рис. 10. Проект 3. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 96 секунд. Отличие проектного варианта от существующей организации светофорного регулирования заключается в увеличении времени горения «зеленых» фаз для пешеходов через ул. Уинская. Теперь 3-я полоса движения на ул. Уинская с западного и восточного направления предназначена только для выполнения левого поворота.

Проект 4.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 4) представлена на рисунках 11,12. На рисунке 11 отображена схема расстановки светофорных объектов на перекреске ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 11. Проект 4. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 12 представлены графики переключения головок светофорных объектов.

Рис. 12. Проект 4. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 121 секунду. Отличие проектной схемы организации светофорного регулирования от существующей ситуации заключается в увеличении времени горения «зеленых» фаз для пешеходов через ул. Уинская. Теперь 3-я полоса движения на ул. Уинская с западного и восточного направления предназначена только для выполнения левого поворота. Но в отличие от Проекта 3, маневры левого поворота совершаются в разные фазы. Также установлены стоп-линии и головки светофорных объектов (обозначены на рисунке 11 под цифрами 5, 6). Светофоры установлены на тротуаре с правой стороны от проезжей части данного направления. В существующей ситуации установлены только дублирующие светофоры, что не соответствует требованиям ГОСТ Р 52289-2004 (Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств. Раздел 7 – правила применения дорожных светофоров). Разметка «стоп-линия 1.12» согласно правилам дорожного движения применяется перед перекрестком, в местах, где движение регулируется светофором.

Проект 5.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 5) представлена на рисунках 13,14. На рисунке 13 отображена схема расстановки светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 13. Проект 5. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 14 представлены графики переключения головок светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 14. Проект 5. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 108 секунд. Отличие проектной организации светофорного регулирования от существующей организации движения заключается в увеличении времени горения «зеленых» фаз для пешеходов через ул. Уинская. Теперь 3-я полоса движения на ул. Уинская с западного и восточного направления предназначена только для выполнения левого поворота. Как и в Проекте 4, маневры левого поворота совершаются в разные фазы, но в Проекте 5 поворот с ул. Уинская на ул. Юрша (восток – юг) осуществляется с меньшими временными затратами (на 13 секунд меньше временных затрат, предусмотренных Проектом 4). Также предусмотрены стоп-линии и установлены головки светофорных объектов (обозначены на рисунке 13 под цифрами 5, 6). Светофоры установлены на тротуаре с правой стороны от проезжей части данного направления. В существующей ситуации установлены только дублирующие светофоры, что не соответствует требованиям ГОСТ Р 52289-2004 (Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств. Раздел 7 – правила применения дорожных светофоров). Разметка «стоп-линия 1.12» согласно правилам дорожного движения применяется перед перекрестком, в местах, где движение регулируется светофором.

Проект 6.

Проектная схема организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша предусматривает изменение организации светофорного регулирования.
Организация светофорного регулирования для проектного предложения (Проект 6) представлена на рисунках 15,16. На рисунке 15 отображена схема расстановки светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 15. Проект 6. Расстановка светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

На рисунке 16 представлены графики переключения головок светофорных объектов на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Рис. 16. Проект 6. Графики переключения головок светофорных объектов
на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

Общая продолжительность цикла составляет 105 секунд. Отличие от Проекта 5 заключается в уменьшении времени горения «зеленой» фазы светофоров для выполнения левого поворота с ул. Уинская на ул. Юрша (восток – юг). Также изменяется время горения «зеленой» фазы светофора №12 для увеличения пропускной способности по ул. Юрша.

Анализ результатов моделирования.

По результатам моделирования был проведен сравнительный анализ существующего варианта и 6 проектных предложений по организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша. Анализ проводился на основе результатов моделирования в утренний час пик (08.30-09.30) (таблица 1). Анализ и сопоставление качества функционирования вариантов проводилось по следующим параметрам:
• Полное время в пути
(время проезда всех транспортных средств через сеть, включая время ожидания или время остановки);
• Общее время задержки
(время задержки всех транспортных средств);
• Общее время остановок
(время остановок всех транспортных средств);
• Количество невведенных ТС
(количество транспортных средств, непокинувших моделируемый транспортный узел в течение часа);
• Количество остановок
(количество остановок для всех транспортных средств, кроме остановок на остановочных пунктах городского пассажирского транспорта общего пользования и автостоянках);
• Количество транспортных средств в сети
(среднее количество транспортных средств в сети);
• Количество транспортных средств, покинувших моделируемый транспортный узел в течение часа;
• Общий отрезок пути
(общее до сих пор пройденное расстояние);
• Среднее число остановок транспортного средства
(все ситуации, в которых транспортное средство останавливается, кроме остановок на остановочных пунктах общественного транспорта и автостоянках);
• Средняя скорость транспортных средств на исследуемом участке;
• Среднее время задержки.
Таблица 1
Результаты анализа движения в утренний час пик.

Количество выехавших ТС

Изучаемый параметр определяет количество транспортных средств, покинувших моделируемый транспортный узел за час в каждом возможном направлении.
Анализ проводится с 300-й секунды после начала имитации, в этом случае транспортная сеть будет нагружена. Показатель «количество выехавших ТС» позволяет оценить, как изменилась пропускная способность моделируемого узла. Количество выехавших ТС для 7 ситуаций (существующая ситуация и 6 проектных вариантов) представлено на диаграмме (рисунок 17).

Рис. 17. Диаграмма количества выехавших ТС.

Проведенный сравнительный анализ показывает, что количество выехавших транспортных средств в Проекте 3 больше, чем их количество в существующей ситуации и остальных проектных вариантах. Поэтому можно сделать вывод о том, что пропускная способность моделируемого узла возрастет при реализации предложенной схемы организации дорожного движения (Проект 3).
Среднее время задержки.

Среднее время задержки вычисляется для каждого транспортного средства путем вычитания из теоретического (идеального) значения времени, затраченного в пути, реально полученного значения времени в пути.
Среднее время задержки в рассматриваемых ситуациях (для существующей ситуации и 6 проектных вариантов) представлено на диаграмме (рисунок 18).

Рис. 18. Диаграмма среднего времени задержки.

Из анализа диаграммы видно, что среднее время задержки транспортных средств наименьшее в Проекте 3. Таким образом, по параметру «среднее время задержки» предложенную схему организации движения (Проект 3) можно считать более эффективной, чем существующую схему и остальные проектные варианты организации движения.

Средняя скорость.

Рассматриваемый параметр определяет среднюю скорость транспортных средств (км/ч) на исследуемом участке.
Средняя скорость для рассматриваемых ситуаций (существующая ситуация и проектные варианты) представлена на диаграмме (рисунок 19).

Рис. 19. Диаграмма средней скорости.

Диаграмма показывает, как изменилась средняя скорость. При предложенной организации движения (Проект 1) средняя скорость самая высокая. Таким образом, по параметру «средняя скорость» предложенную схему организации движения (Проект 1) можно считать более эффективной, чем показатели «средней скорости» существующей ситуации и остальных проектных вариантов.

Анализ времени, затрачиваемого пешеходами.

Сравнение результатов анализа для каждого маршрута на исследуемом транспортном узле представлено в таблице 2 и на диаграмме (рисунок 20). Анализ проведен для того, чтобы оценить, как влияют проектные схемы на изменение времени, затрачиваемое пешеходами на преодоление проезжей части в границах перекрестка ул. Уинская – ул. Юрша.
Таблица 2
Анализ времени, затрачиваемого пешеходами в пути (с)

Рис. 20. Диаграмма время в пути.

Из анализа таблицы и диаграммы видим, что наименьшее время в пути во всех направлениях в Проекте 4. Поэтому по данному показателю, Проект 4 можно считать более эффективным, чем остальные варианты организации движения.
Выводы и рекомендации по организации дорожного движения на перекрестке ул. Уинская – ул. Юрша.

В результате проведенного на созданных транспортных моделях сравнительного анализа описанных проектных вариантов, можно отметить, что наиболее эффективными с точки зрения организации работы перекрестка являются проектные варианты 3 и 6.
Анализ каждого проектного варианта проводился по ряду параметров, таких как: количество выехавших транспортных средств – для проектного варианта 3 количество ТС составило 1983 ТС, для Варианта 6 – 1975 ТС. Разница между данными вариантами составляет 8 транспортных средств. Следующий анализируемый параметр – среднее время задержки. Для Проектного варианта 3 среднее время задержки составляет 62 секунды, для Проекта 6 – 63 секунды. Разница между вариантами составляет 1 секунду. Можно отметить, что оба проектных варианта (Проект3 и Проект 6) являются более эффективными по сравнению с существующим вариантом организации движения, так как время задержки транспортных средств сокращается почти в два раза.
Далее, проанализируем среднюю скорость движения транспортных средств в модели. По данному параметру получены следующие значения: для Проектного варианта 3 – средняя скорость составит 7,1 км/ч, для Проекта 6 – 7,08 км/ч. Разница между проектами составляет 0, 02 км/ч.
Следующий анализируемый параметр – время, затрачиваемое пешеходами, были рассмотрены три направления движения: с запада через ул. Уинская – для Проекта 3 – 40,3, для Проекта 6 – 38,9; с востока через ул. Уинская – при существующей организации движения составляет – 93,5, для Проекта 3 – 44,3, для Проекта 6 – 39,6; направление движения с юга через ул. Юрша – 15,2, для Проекта 3 – 15,4, для Проекта 6 – 15,5. В данном случае наиболее эффективным является Проект 6, поскольку здесь временные затраты пешеходов меньше, чем в других вариантах.
Различия в эффективности функционирования, выявленные в ходе моделирования работоспособности проектных вариантов 3 и 6 по таким параметрам, как: количество выехавших ТС, средняя скорость и среднее время задержки, а также время, затрачиваемое пешеходами, как мы видим из представленного анализа, незначительно. Основным различием между проектами 3 и 6 является организация движения при осуществлении маневра левого поворота. Во всех проектных вариантах на рассматриваемом участке УДС при существующей организации дорожного движения возникает неоднозначная ситуация, связанная с выбором варианта разъезда транспортных средств. Поскольку приоритетным направлением является обеспечение безопасного движения в городе, необходимо выбрать вариант организации движения, который позволял бы «разделить» во времени «левые» повороты с ул. Уинская (с востока и запада). Для такого разделения необходимо выделить в отдельные светофорные фазы временные промежутки для выполнения указанных маневров левого поворота. С учетом обозначенного выше аспекта обеспечения безопасности движения, при осуществлении сложных маневров на перекрестке, для организации дорожного движения на исследуемом перекрестке рекомендуется к реализации – Проект №6. Данный вариант организации движения является предпочтительным с точки зрения анализируемых выше технических показателей эффективности работы перекрестка, а также способствует снижению рисков возникновения ДТП на данном перекрестке.