Моделирование транспортных и пешеходных потоков на перекрестке ул. Старцева и Бульвар Гагарина

Объектом исследования является перекресток ул. Старцева с Бульваром Гагарина. На исследуемом перекрестке движение транспортных потоков организованно в одном уровне. Маневры левого поворота со всех направлений осуществляются через отложенные развороты на ул. Старцева.

Рис. 1. Фрагмент перекрестка ул. Старцева и Бульвара Гагарина

Основная проблема, возникающая в настоящий момент на рассматриваемом пересечении – затруднен маневр левого поворота с западного направления ул. Чкалова в северном направлении Б.Гагарина, в данном направлении наблюдается большая интенсивность транспортного потока. При существующей организация движения на исследуемом перекрестке через один отложенный поворот совершается не только маневр левого поворота с западного направления ул. Старцева в северном направлении Б.Гагарина, но и маневр левого поворота с южного направления Б.Гагарина на западное направление ул. Старцева, что увеличивает нагрузку на данный отложенный поворот.
Чтобы облегчить данный маневр для транспортных средств, на отложенном повороте были установлены блоки для выделения крайней левой полосы для упрощения маневра. Однако данное решение имеет ряд недостатков. Установленные блоки изменяют траекторию движения для транспортных средств, движущихся прямо по ул. Старцева со стороны Восточного обхода, вынуждая данный поток перестраиваться из трех рядов в два. Это изменение траектории движения транспортных средств существенно влияет на безопасность осуществления рассматриваемого маневра. Кроме того, водители, следующие через отложенный поворот, предпочитают пропускать движущийся со стороны Восточного обхода транспорт, а не выезжать в левый ряд, чтобы затем перестроиться в средний для совершения правого поворота на Бульвар Гагарина.
Для устранения данных проблем были предложены несколько вариантов организации дорожного движения на пересечении ул. Старцева и Бульвара Гагарина. Оценить данные варианты и выбрать наиболее оптимальный было решено с помощью микромоделирования данных вариантов в программном комплексе PTV Vision Vissim.

Сбор исходных данных

Необходимые для микромоделирования интенсивности транспортных потоков были получены из транспортной модели г. Перми. Для калибровки транспортной модели были использованы натурные данные об интенсивностях транспортных потоков. Сбор натурных данных проводился в утреннее и вечернее пиковое время. С утра с 8-30 до 9-30 часов; вечером с 18-00 до 19-00 часов. Итоговые картограммы интенсивности транспортных потоков для утреннего и вечернего часов пик приведены на рисунках 2 и 3.

Рис.2. Картограмма интенсивности транспортных потоков. Утренний час пик, авт/час

Рис.3. Картограмма интенсивности транспортных потоков. Вечерний час пик, авт/час.

Проектные предложения

Изначально для моделирования было предложено 3 варианта изменения организации движения на исследуемом перекрестке.
Вариант 1. Предусмотрен дополнительный съезд для транспортных средств, движущихся с запада по ул. Старцева и совершающих маневр «поворот налево». Дополнительный съезд расположен справа от проезжей части и вливается в крайнюю правую полосу на ул. Лихвинская.

Рис.4. Организация дорожного движения для варианта 1.

Вариант 2. Проектный вариант 2 отличается от варианта 1 тем, что в нем предусмотрен дополнительный съезд с ул. Лихвинской направо в восточном направлении ул. Старцева. Отложенным съездом будут пользоваться транспортные средства, движущиеся с ул. Лихвинской по ул. Старцева как в восточном направлении, так и в западном (через существующий отложенный поворот). Предложенный вариант снижает нагрузку на перекресток в его юго-восточной части, так как исчезает конфликтная точка в месте пересечения съезда с ул. Старцева и ул. Лихвинская.

Рис.5. Организация дорожного движения для варианта 2.

Вариант 3. Предложенный вариант предусматривает обустройство отложенного разворота транспортных средств на ул. Лихвинской для совершения левого поворота с западной части ул. Старцева в северном направлении Б.Гагарина.

Рис.6. Организация дорожного движения для варианта 3.

Микромоделирование вариантов 1-3

Для предложенных вариантов было проведено микромоделирование в программном комплексе PTV Vision Vissim. Исходными данными для моделирования были интенсивности транспортных и пешеходных потоков, полученные на транспортной модели города Перми. Предварительно модель была откалибрована с использованием данных натурных замеров интенсивностей транспортных потоков. Используемые при моделировании интенсивности для утреннего и вечернего часов пик приведены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Вариант 1.

Моделирование рассматриваемого варианта для утреннего часа пик показывает, что в южной части исследуемого перекрестка на ул. Лихвинской образуются заторы. Конфликтная точка для рассматриваемого варианта – это перестроения на первой и второй полосе на ул. Лихвинской с южного направления. Первый ряд выезжает с дополнительного съезда на вторую полосу, чтобы совершать движение прямо, а второй ряд перестраивается в первую полосу, чтобы совершить правый поворот. Конфликт приводит к затору, который формируется до конца зоны моделирования, т.е. до перекрестка ул. Лихвинская и ул. Самаркандская.
Для вечернего часа пик ситуация усугубляется тем, что интенсивность движения по дополнительному съезду увеличивается. Вследствие этого задержки на данной конфликтной точке существенно увеличиваются. Затор возникает также на ул. Старцева с западного направления. Транспортные средства, которые хотят повернуть направо, перекрывают первую и вторую полосы движения при перестроении в крайний правый ряд.

Рис.7. Фрагмент участка моделирования варианта 1 (374 секунда имитации. Вечерний час пик).

Вариант 2

Моделирование проектного варианта 2 показало, что существенных задержек для утреннего и вечернего часов пик не возникает. При данном варианте организации движения транспортные потоки строго разделены, количество конфликтных точек доведено до минимума. Имитационное моделирование показывает, что заторов при моделировании пиковых нагрузок не возникает.

Рис.8. Фрагмент участка моделирования варианта 2 (828 секунда имитации. Вечерний час пик).

Вариант 3

При моделировании 3-го варианта проектных предложений существенные заторы возникают на ул. Лихвинской. Транспортный поток, совершающий через данный отнесенный поворот маневр левого поворота с западного направления ул. Старцева на Бульвар Гагарина, сдерживает транспортные средства, которые движутся в прямом направлении с бульвара Гагарина на ул. Лихвинскую, вследствие чего появляются дополнительные задержки на бульваре Гагарина.

Рис. 9. Фрагмент участка моделирования варианта 3 (756 секунда имитации. Вечерний час пик).

Сравнительный анализ проектных вариантов

Сравнительный анализ вариантов проводился отдельно для утреннего и вечернего часа пик. Основными параметрами сравнительного анализа являются: – средняя скорость движения в зоне моделирования – ведется подсчет средней скорости движения каждого транспортного средства; – среднее время задержки – для всех транспортных средств рассчитывается время которое они затратили на прохождение зоны моделирования сверх того времени за которое они бы могли проехать в свободной сети. Далее это время усредняется для каждого транспортного средства; – количество выехавших транспортных средств (пропускная способность перекрестка).

Таблица 1.
Параметры моделирования для утреннего часа пик.

Таблица 2.
Параметры моделирования для вечернего часа пик.

Сравнительный анализ результатов моделирования показывает, что наиболее оптимальным вариантом является вариант 2.
Средняя скорость для варианта 2 в утренний час пик в 2 раза выше, чем для варианта 3 и в 3 раза выше, чем для варианта 2. Для вечернего часа пик средняя скорость также выше по сравнению с остальными вариантами.
Среднее время задержки, приходящееся на одно транспортное средство, для утреннего часа пик для варианта 2 на 87 сек меньше, чем для варианта 3 и на 164 сек меньше, чем для варианта 1. Для вечернего часа пик среднее время задержки для варианта 2 также является наименьшим.
По всем показателям качества функционирования существенный приоритет у варианта 2. Однако данный вариант является наиболее затратным для реализации, так как предусматривает большой объем нового строительства, а также большой объем выкупа земли.
Для обсуждения результатов проведенного моделирования было организованно совещание с представителями Министерства транспорта Пермского края. На совещании было принято решение о доработке проектных предложений с целью уменьшения стоимости проекта. За основу для нового варианта было решено взять вариант 2. Новому варианту присвоили номер 4. Кроме варианта 4, было проведено микромоделирование для существующей схемы организации движения на исследуемом перекрестке. Кроме того, для обоих вариантов был проведен сравнительный анализ параметров качества функционирования перекрестка.

Дополнительный анализ вариантов. Сравнительный анализ существующей схемы и проектного варианта 4

Существующая ситуация

На рисунке 10 приведен фрагмент картограммы с обозначениями движения транспортных потоков по полосам и организации дорожного движения. Для существующей ситуации все маневры, связанные с левыми поворотами осуществляются через отложенные развороты. Развороты находятся на ул. Старцева. В настоящее время перестроение из крайней левой полосы в правую затруднено, так как наблюдается большая интенсивность потока, движущегося в прямом направлении.

Рис.10. Организация дорожного движения для существующего варианта.

Вариант 4

Вариант 4 является доработкой варианта 2. Отличием проектного варианта 4 от варианта 2 является организация правого поворота с западного направления ул. Старцева на ул. Лихвинскую через уширение ул. Старцева непосредственно перед перекрестком вместо съезда, аналогичного съезду с ул. Лихвинская на ул. Старцева. На рисунке 11 приведен фрагмент участка улично-дорожной сети с организацией дорожного движения для проектного варианта 4. Длина уширения составляет 120 м.

Рис.11. Организация дорожного движения для варианта 4.

Микромоделирование существующей ситуации и варианта 4

Микромоделирование существующей ситуации показывает, что основные задержки в движении транспортных потоков возникают на ул. Старцева при подъезде к перекрестку с западного направления, на ул. Лихвинской с южного направления и на отложенном развороте в восточной части ул. Старцева. На рисунке 12 приведен фрагмент участка моделирования для существующей ситуации.

Рис.12. Фрагмент участка моделирования существующей схемы организации движения (850 секунда имитации. Вечерний час пик).

На рисунке 13 приведен фрагмент участка моделирования для проектного варианта 4. В данном варианте не образуется заторов, так как все потоки разнесены по направлениям и отсутствует конфликтная точка в южной части перекрестка на ул. Лихвинская.

Рис.13. Фрагмент участка моделирования варианта 4 (830 секунда имитации. Вечерний час пик).

Сравнительный анализ существующей ситуации и варианта 4

Сравнительный анализ результатов дополнительного исследования был проведен для трех вариантов:
1) существующая ситуация;
2) вариант 2;
3) вариант 4.

В сравнительном анализе использовались те же параметры, что и при сравнении вариантов 1, 2 и 3. В таблицах 3 и 4 приведены результаты сравнительного анализа для утреннего и вечернего часа пик соответственно.

Таблица 3.
Результаты сравнительного анализа существующей ситуации,
варианта 2 и 4. Утренний час пик.

Таблица 4.
Результаты сравнительного анализа существующей ситуации,
варианта 2 и 4. Вечерний час пик.

Сравнительный анализ результатов микромоделирования показал, что вариант 4 имеет лучшие значения показателей качества функционирования, чем остальные варианты. Так, вариант 4 имеет меньшее время задержки ТС по сравнению с вариантом 2 и существующей ситуацией и наибольшую среднюю скорость.
Результаты моделирования варианта 4 и сравнительный анализ вариантов были представлены специалистам Министерства транспорта в ходе очередного совещания. В ходе совещания было решено остановиться на варианте 4 как наиболее оптимальном с точки зрения параметров качества функционирования.
По результатам совещания для более детальной проработки варианта 4 были сформулированы две задачи:
• с помощью микромоделирования оценить возможность обустройства остановки общественного транспорта в восточной части ул. Старцева,
• оценить изменение параметров качества функционирования исследуемого перекрестка на 2016 и 2030 годы в связи с изменением параметров подвижности населения, а также развитием жилого микрорайона «Ива».

Моделирование варианта 4 с обустройством остановочного пункта в восточной части ул. Старцева

На рисунке 10 приведен фрагмент картограммы с обозначениями движения транспортных потоков по полосам и организации дорожного движения. Остановка ОТ обустроена в восточной части ул. Старцева в направлении движения к Восточному обходу.
По результатам моделирования обустройство остановочного пункта не приведет к ухудшению параметров функционирования исследуемого перекрестка. Для автобусов, которые останавливаются на данном остановочном пункте, также отсутствуют затруднения при движении. В связи с этим, решено включить данные остановочный пункт в состав варианта 4.

Рис. 14. Схема участка моделирования варианта 4 с обустройством остановки ОТ в восточной части ул. Старцева.

Моделирование варианта 4 на 2016 и 2030 годы

Для микромоделирования варианта 4 на 2016 и 2030 годы на транспортной модели г. Перми был проведен расчет прогнозных интенсивностей на данные периоды. Значения параметров, определяющих рост интенсивности (уровень автомобилизации, количество транспортных корреспонденций) были рассчитаны в ходе подготовки проекта Генерального плана г. Перми на основе статистических данных по крупным городам Германии и Италии.
В результате построения последовательности статистических моделей, описывающих характер использования индивидуального и общественного транспорта, были получены прогнозные значения подвижности населения крупных городов на примере города Перми (см. таблицу).

Таким образом, к 2016 году рост количества корреспонденций на индивидуальном транспорте в городе Перми составит 14,2% относительно 2011 года. До 2022 года количество корреспонденций на индивидуальном транспорте останется примерно на том же уровне, после чего к 2030 году вырастет примерно до уровня 26,3% относительно 2011 года.
Также при прогнозировании учитывалось изменение расселения жителей вследствие строительства жилого комплекса «Грибоедовский» в м/р Ива. По предварительным данным в данном жилом комплексе планируется проживание около 5000 человек. Соответствующие изменения были внесены в транспортную модель г. Перми. В результате были получены прогнозные значения интенсивностей транспортных потоков (рисунок 15,16)

Рис. 15. Прогнозные интенсивности на 2016 год. Утренний час пик, авт/час.

Рис. 16 Прогнозные интенсивности на 2016 год. Вечерний час пик, авт/час.

Рис.17. Прогнозные интенсивности на 2030 год. Утренний час пик, авт/час.

Рис. 18. Прогнозные интенсивности на 2030 год. Вечерний час пик, авт/час.

Для имитационных моделей с прогнозными значениями интенсивностей транспортных потоков также был проведен анализ параметров качества функционирования. Результаты анализа приведены в таблице.

Таким образом, по результатам анализа параметров качества функционирования перекрестка вариант 4 будет функционировать лучше, чем существующий вариант организации движения до 2030 года.

Моделирование вариантов 5 и 6

Результаты моделирования вариантов 1-4, а также результаты моделирования для прогнозных интенсивностей на 2016 и 2030 годы для варианта 4 были представлены представителям Министерства транспорта. По итогам совещания было решено разбить реализацию варианта 4 на два этапа:
1. Оставить существующую организацию дорожного движения, но перенести отложенный разворот в восточной части ул. Старцева на 120 м восточнее от перекрестка с Б.Гагарина (рис. 15). Данный вариант получил порядковый номер 5. Предполагается, что это решение позволит транспорту накапливаться после перекрестка с Б.Гагарина, а не перед ним, что позволит решить проблему заторов вследствие выезда на перекресток автомобилей с западной стороны ул. Старцева.

Рис. 19. Схема организации движения для варианта 5.

2. Добавить к варианту 5 изменения из варианта 4: остановка ОТ в восточной части ул. Старцева, организовать поворот с ул. Чкалова на Б.Гагарина через отложенный правый поворот на ул. Лихвинская, организовать правый съезд с ул. Лихвинской на ул. Старцева. Данный вариант получил порядковый номер 6.

Рис. 20. Схема организации движения для варианта 6.

По результатам моделирования вариантов 5 и 6 была также проведен анализ параметров качества функционирования перекрестка. Результаты анализа вариантов 5 и 6 приведены в таблицах.

Таблица 7. Результаты моделирования для вариантов 5 и 6. Утренний час пик.

Таблица 8. Результаты моделирования для вариантов 5 и 6. Вечерний час пик.

По результатам анализа результатов моделирования можно сделать следующие выводы. Вариант 5 по основным параметрам (средняя скорость, среднее время задержки ТС) до 2022 года функционирует оптимальнее, чем существующее состояние (существующий вариант организации дорожного движения на исследуемом перекрестке с существующими на 2011 год потоками). Однако к 2030 году параметры функционирования исследуемого перекрестка становятся хуже, чем для существующего состояния. Так, к 2030 году для варианта 5 средняя скорость падает до 13,55 км/ч, то есть становится в 1,5 раза меньше, чем для существующей ситуации. Среднее время задержки к 2030 году становится равным 141,993, что в 2 раза больше, чем для существующей ситуации. Таким образом, после 2022 года на основе варианта 5 необходимо начинать реализацию варианта 6, то есть строительство отнесенных поворотов.

Выводы

В ходе работ было выполнено микромоделирование движении транспортных потоков для существующей схемы организации движения на исследуемом перекрестке, а также для 3 проектных вариантов. Для каждого варианта организации движения на исследуемом перекрестке был проведен сравнительный анализ параметров качества функционирования перекрестка. В результате проведенного анализа наиболее оптимальным признан вариант 2. На его основе были разработан проектный вариант 4.
Для проектного варианта 4 было выполнено моделирование с использованием как существующих, так и прогнозных интенсивностей транспортных потоков на 2016, 2022 и 2030 годы. Прогнозные интенсивности были рассчитаны на транспортной модели г. Перми на основе статистических моделей, построенных по данным крупных городов Европы. Моделирование показало большой запас пропускной способности для данного варианта вплоть до 2030 года. С целью удешевления данного варианта было решено разбить его реализацию на 2 этапа. Первый этап реализации варианта 4 получил порядковый номер 5, второй этап – номер 6.
Для вариантов 5 и 6 также было выполнено моделирование с использованием как существующих, так и прогнозных интенсивностей транспортных потоков на 2016, 2022 и 2030 годы с целью определить запас пропускной способности данных вариантов организации движения. В результате проведенного анализа параметров качества функционирования был сделан вывод о том, что после 2022 года вариант 5 начинает работать хуже, чем существующая схема организации движения с потоками на 2011 год, и необходимо начинать реализацию варианта 6.
Таким образом, в ходе работы был проведен анализ предлагаемых вариантов организации движения на исследуемом перекрестке, из них был выбран наиболее оптимальный вариант (вариант 4). Далее для данного варианта было проведено исследование запаса его пропускной способности и разработан план его реализации – путем реализации сначала малозатратного варианта 5 и дальнейшей реализации на его основе варианта 6 по мере исчерпания вариантом 5 запаса пропускной способности.