Моделирование и прогнозирование движения транспортных потоков на перекрестке ул. Стахановская и ул. Танкистов

Объектом данного исследования является перекресток ул. Стахановской – ул. Танкистов.

Рис.1. Перекресток ул. Стахановской и ул. Танкистов c восточного направления.

При существующей организации дорожного движения проблема на исследуемом участке возникает у транспортного потока, движущегося по ул. Стахановской с западного направления.
Транспортные средства, следующие по ул. Стахановской с западного направления, сначала останавливаются на пешеходном светофоре после этого они должны пропустить транспортные средства, двигающиеся по кольцу со стороны ул. Карпинского. Вследствие этого в пиковое время (утро 08.30-09.30 и вечер 18.00-19.00) на ул. Стахановской образуются заторы, что осложняет ситуацию на конкретном участке УДС и отрицательно сказывается на ситуации на других участках УДС в целом.

Исходные данные для моделирования

Объектом исследования является перекресток ул. Стахановской – ул. Танкистов и перекресток ул. Мира – ул. Карпинского. Данные по интенсивностям транспортных потоков были рассчитаны при помощи транспортной модели г. Перми, созданной в программном комплексе PTV Vision® VISUM.
В связи с тем, что перекресток ул. Мира – ул. Карпинского находится в непосредственной близости от перекрестка улиц Стахановской и Танкистов он также был включен в область моделирования. Интенсивности движения индивидуального транспорта были рассчитаны для утреннего (08.30-09.30) и вечернего часа пик (18.00-19.00) соответственно.
Полученные интенсивности движения индивидуального транспорта и распределения транспортных потоков в утренний час пик (08.30-09.30) представлены на рисунках 2 и 3.

Рис. 2. Интенсивность движения индивидуального транспорта на перекрестках ул. Мира – ул. Стахановская и ул. Карпинского – ул. Стахановская

Рис. 3. Интенсивность движения индивидуального транспорта на перекрестках ул. Танкистов – ул. Стахановская и ул. Карпинского – ул. Стахановская.

Полученные интенсивности и распределения транспортных потоков в вечерний час пик (18.00-19.00) представлены на рисунках 4 и 5.

Рис. 4. Интенсивность движения индивидуального транспорта на перекрестках ул. Мира – ул. Стахановская и ул. Карпинского – ул. Стахановская

Рис. 5. Интенсивность движения индивидуального транспорта на перекрестках ул. Танкистов – ул. Стахановская и ул. Карпинского – ул. Стахановская
Светофорное регулирование на пересечении ул. Стахановской и ул. Танкистов для существующей ситуации осуществляется в двухфазном режиме. Время цикла работы светофора составляет 65 секунд. Продолжительность фаз регулирования приведена на рисунке 6.

Рис. 6. Продолжительность фаз регулирования на перекрестке ул. Стахановская, ул. Танкистов и ул. Мира

Разработка проектных предложений по изменению светофорного регулирования на перекрестке ул. Стахановская и ул. Танкистов

Для разрешения существующей проблемной ситуации было разработано три проектных варианта. Специалисты Агентства дорожной информации рассмотрели каждый из проектных вариантов, выявили и сопоставили положительные и отрицательные стороны каждого из проектов.
Всего было предложено три проекта:
• проект, разработанный участником пермского форума Teron.ru Мостовым Кириллом Васильевичем (вариант 1);
• проект, разработанный специалистами ООО «Агентство дорожной информации «РАДАР» (вариант 2);
• проект, предложенный специалистами Департамента дорог и транспорта города Перми (вариант 3).

При описании существующей организации дорожного движения на перекрестке были указаны основные проблемы, возникающие в настоящий момент.
Далее детально представлено описание каждого из трех проектных вариантов.

Вариант 1.

Первый вариант светофорного регулирования был предложен участником пермского форума Teron.ru Мостовым Кириллом Васильевичем (см.http://www.teron.ru/index.php?showtopic=199054&st=2340&gopid=7459552&#entry7459552).
Вариант 1 предусматривает установку новой светофорной головки для регулирования движения транспортного потока с восточного направления ул. Стахановской на ул. Мира в месте съезда с кольца. Светофорное регулирование в варианте 1 осуществляется в двухфазном режиме. Новую светофорную головку предполагается синхронизировать с работой пешеходного светофора по ул. Стахановской. Таким образом, образуется отдельная фаза для транспортного потока, следующего с ул. Стахановской на ул. Мира в восточном направлении.
Время работы светофорного цикла составляет 65 секунд. Продолжительность фаз регулирования для варианта 1 показана на рисунке 7.

Рис. 7. Продолжительность фаз регулирования на перекрестке ул. Стахановская – ул. Танкистов для варианта 1
Таким образом, предполагается установка новой светофорной головки, выделение отдельной фазы для транспортного потока, следующего с ул. Стахановской на ул. Мира в восточном направлении. Светофорное регулирование предполагается осуществлять в двухфазном режиме. Общее время цикла 65 секунд.

Вариант 2.

Вариант 2 разработан специалистами ООО «Агентство дорожной информации «РАДАР». Данный вариант также предусматривает установку новой светофорной головки для регулирования движения потока с восточного направления ул. Стахановской на ул. Мира в месте съезда с кольца. Однако в отличие от варианта 1 вариант 2 предполагает организацию движения с четырьмя фазами светофорного регулирования.
Первая фаза предназначена для движения транспортных средств, поворачивающих с восточного направления ул. Стахановской на ул. Мира. Вторая фаза разрешает движение транспортных средств с западного направления ул. Стахановской, эта фаза синхронизирована с разрешенным сигналом движения на кольце для выезда на ул. Мира в восточном направлении. Третья фаза синхронизирована со второй фазой и предназначена для того, чтобы пропустить транспортный поток, скапливающийся на западной стороне круговой развязки. Четвертая фаза светофорного цикла пропускает транспортный поток, который движется по ул. Мира с запада на восток.
Продолжительность фаз светофорного регулирования на перекрестке показана на рисунке 8. Общее время цикла составляет 65 секунд.

Рис. 8. Продолжительность фаз регулирования на перекрестке ул. Стахановская – ул. Танкистов для варианта 2

Предполагается установка светофорной головки, но с четырьмя фазами светофорного регулирования:
1) первая фаза предназначена для регулирования движения транспортных средств, поворачивающих с восточного направления ул. Стахановской на ул. Мира;
2) вторая фаза разрешает движение транспортных средств с западного направления ул. Стахановской;
3) третья фаза предназначена для того, чтобы пропустить транспортный поток, скапливающийся на западной стороне круговой развязки;
4) четвертая фаза светофорного цикла пропускает транспортный поток, который движется по ул. Мира с запада на восток.
Общее время цикла – 65 секунд.

Вариант 3.

Вариант 3 был предложен специалистами Департамента дорог и транспорта города Перми.
В варианте 3 предлагается перенести светофорную головку, находящуюся в непосредственной близости от круговой развязки на ул. Мира, на противоположную сторону круговой развязки на ул. Стахановскую для ограничения движения транспортного потока, который движется с восточного направления (см. рис. 9).
Светофорное регулирование для варианта 3 предполагается осуществлять в четырехфазном режиме. Первая фаза разрешает движение по ул. Стахановской с восточного направления. Вторая фаза и третья фаза синхронизированы и позволяют выпустить транспортный поток, который движется с западного направления по ул. Стахановской. В конце третьей фазы освобождается западная сторона кругового движения, благодаря этому остается время для завершения движения транспортными средствами, выехавшими на круговое движение с ул. Стахановская с западного направления. Четвертая фаза светофорного цикла пропускает транспортный поток, который движется по ул. Мира с запада на восток.
Время работы светофорного цикла составляет 65 секунд. Продолжительность фаз регулирования для варианта 1 показана на рисунке 9.

Рис. 9. Продолжительность фаз регулирования на перекрестке ул. Стахановская – ул. Танкистов для варианта 3

Таким образом, в данном варианте предполагается не установка новой светофорной головки, а перемещение светофорной головки, находящейся в непосредственной близости от круговой развязки на ул. Мира, на противоположную сторону круговой развязки на ул. Стахановскую для ограничения движения транспортного потока, который движется с восточного направления. Данный вариант является более экономичным в материальном плане, поскольку предусматривает перемещение существующей светофорной головки, а не установку новой.

Анализ результатов моделирования

В результате проведения сравнительного анализа трех проектных вариантов организации, движения на данной участке УДС был выделен ряд параметров для проведения сравнительного анализа.
По результатам моделирования был проведен сравнительный анализ трех проектных предложений по следующим параметрам:
• Среднее время задержки всех транспортных средств (сек) – среднее арифметическое время задержки транспортных средств. Время задержки вычисляется для каждого транспортного средства путем вычитания из теоретического (идеального) значения времени в пути, реально полученного значения времени в пути.
• Средняя скорость транспортных потоков (км/час) – среднее арифметическое скоростей всех транспортных средств на участке сети в ходе имитации.
• Полное время в пути (час) – сумма времени, затраченного транспортными средствами на проезд участка сети.
• Общее время задержки (час) – сумма времени задержки всех транспортных средств на участке сети в ходе имитации.
• Общее время остановок (час) – сумма времени, затраченного транспортными средствами на остановки.
• Количество остановок – число остановок, совершенное всеми транспортными средствами в ходе имитации.
• Количество транспортных средств в сети – среднее количество транспортных средств, постоянно находящихся в сети.
• Количество выехавших транспортных средств – определяет количество транспортных средств, покинувших моделируемый транспортный узел за час в каждом возможном направлении.
• Среднее число остановок транспортного средства – среднее арифметическое число остановок транспортных средств за время имитации.
Анализ проводится с 400-й секунды после начала имитации, когда транспортная сеть будет нагружена.
Анализ проводился для утреннего и вечернего часов пик. Интенсивности движения и распределение транспортных потоков приведены на рисунках 2 – 5. В таблицах 1 и 2 приведены результаты моделирования по рассматриваемым параметрам.

Таблица 1.
Анализ результатов моделирования в утренний час пик (08.30 – 09.30).

Из таблицы 1 мы видим, что вариант 3 является наиболее эффективным, поскольку среднее время задержки минимально по сравнению с средним временем задержки для варианта 1 и варианта 2, в то же время средняя скорость для варианта 3 максимальна по сравнению с двумя другими проектными вариантами, а общее время задержки меньше, чем в других вариантах.

Таблица 2.
Анализ результатов моделирования вечерний час пик (18.00-19.00).

Из таблицы 2 мы видим, что в вечерний час пик Вариант 3 также демонстрирует максимальную среднюю скорость, минимальное среднее время задержки и общее время задержки по сравнению с двумя другими проектными вариантами.
Проектные варианты были предложены для того, чтобы решить проблему заторов на ул. Стахановская для транспортного потока, который движется с западного направления. Для того чтобы оценить насколько измениться ситуация для рассматриваемого транспортного потока, провели дополнительный анализ для ТС, которые движутся с западного направления по ул. Стахановская. Результаты проведенного анализа приведены в таблицах 3 и 4 для утреннего часа пик и вечернего часа пик соответственно.

Таблица 3.
Анализ результатов моделирования на участке ул. Стахановской с западного направления в утренний час пик (08.30-09.30).

Как можно увидеть из таблицы 3 наиболее эффективным вариантом для утреннего часа пик является проектное предложение 3. Оно уступает варианту 2 только по количеству времени, проведенному в заторе, по данному параметру показатель варианта 2 ниже.
Таблица 4.
Анализ результатов моделирования на участке ул. Стахановской с западного направления в вечерний час пик (18.00-19.00).

Для вечернего часа пик наиболее эффективным является вариант 1, поскольку он характеризуется минимальным временем задержки, временем в пути и временем в заторе по сравнению с другими проектными вариантами.

Выводы

Необходимость анализа и моделирования организации дорожного движения на перекрестке ул. Стахановская и ул. Танкистов связана с тем, что * проблема на исследуемом участке возникает у транспортного потока, движущегося по ул. Стахановской с западного направления.*
На основе данных об интенсивности транспортных потоков, которые были рассчитаны при помощи транспортной модели г. Перми, созданной в программном комплексе PTV Vision® VISUM, было проведено моделирование, затем проведен сравнительный анализ проектных вариантов и представлены результаты сопоставительного анализа различных вариантов организации движения на перекрестке.
Сравнительный анализ проводился для каждого их предложенных проектных вариантов организации движения, которые заключались в изменении фаз регулирования светофорных объектов. Сравнительный анализ показал, что лучшим вариантом с точки зрения среднего времени задержек и средней скорости на моделируемой области является вариант 3, однако пропускная способность больше в варианте 2. Кроме того, вариант 3 является наиболее экономически выгодным, так как не требуется установки новой светофорной головки, необходим только перенос светофорного объекта. Для вариантов 1 и 2 установка светофорного объекта на кольце неоднозначно определяет приоритет проезда на рассматриваемом участке, что снижает безопасность дорожного движения на исследуемом узле.
Далее был проведен дополнительный сравнительный анализ для ТС, которые движутся с западного направления по ул. Стахановская. Анализ проводился для того, чтобы оценить насколько изменится ситуация для рассматриваемого транспортного потока.
По результатам сравнительного анализа, приведенного в таблицах 3 и 4 для транспортного потока, который движется с западного направления ул. Стахановская можно сказать, что для утреннего часа пик вариант 3 является наилучшим. Для вечернего часа пик показатели параметров анализа хуже для транспортного потока, движущегося с западного направления ул. Стахановская, но в целом для всей сети вариант 3 для вечернего часа пик является наиболее оптимальным. В сравнении с существующей ситуацией вариант 3 является более выгодным по параметру среднее время транспортных задержек.
Вариант 3 является приоритетным проектным вариантом организации движения на развязке ул. Стахановская и Мира и рекомендуется к реализации.