The results of the analysis of transport flow stress conditions at congestion time have been presented. The findings can be useful in multi-lane motorways designing and in the process of heavy traffic management.


Область наук:

  • фізика

  • Рік видавництва: 2009


    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз напружених станів транспортних потоків'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз напружених станів транспортних потоків»

    ?УДК 38 (07)

    АНАЛІЗ напруженого стану ТРАНСПОРТНИХ

    ПОТОКІВ

    Е.В. Запорожцева, асистент, ХНАДУ

    Анотація. Наведено результати аналізу напружених станів при виникненні заторів з метою проектування многополосних автомагістралей і управління насиченими транспортними потоками.

    Ключові слова: транспортний потік, інтенсивність, швидкість, щільність, кількість потоку, напруженість.

    Вступ

    Плановане в Україні розширене будівництво нових многополосних швидкісних автомагістралей, а також вдосконалення методів управління рухом сучасних насичених транспортних потоків вимагає глибокого аналізу станів транспортних потоків на існуючих многополосних магістралях і створення наукової бази для вирішення проблем руху.

    аналіз публікацій

    У дослідженні [2] запропоновано враховувати, що інтенсивність N авт. / Год, є безперервною величиною як похідна кількості потоку (авт.) Або

    N (Г) =

    ЖХ ^)

    Ж

    (1)

    Звідки кількість потоку є інтегральна величина в деякому інтервалі часу (0, тобто один автомобіль або їх група

    Щ) = | N ^ Ж.

    (2)

    Відомо [2, 4], що залежність між інтенсивністю N швидкістю V і щільністю Q, тобто поперечної і поздовжньої змінної описується як

    N = Q | V ,

    (3)

    де математична щільність Q, є кут нахилу кривої інтенсивність залежить від швидкості.

    Залежність (3) описує досить близьке рівномірний рух транспортного потоку з невеликими коливаннями.

    Коли швидкість V змінюється під впливом інтенсивності, V (N) рівняння має вигляд

    V = - N = 5 | N

    Q

    (4)

    де 5 - динамічний габарит (км / авт.).

    Мета і постановка задачі

    У рівняннях (3), (4) фактично не враховуються зміни інтенсивності і швидкості в часі, коли починає зростати інтенсивність, досягаючи заторових станів і зменшується до нуля швидкість автомобілів. В теорії насичених транспортних потоків [2] запропоновано, окрім залежності швидкості від інтенсивності при рівномірному русі (4), враховувати вплив на швидкість швидкості зміни інтенсивності в часі dN / dt, тобто.

    V ^) = С

    N dt

    (5)

    де С - нова характеристика, що описує зростання напруженості в русі, км-ч / авт. (Яку будемо досліджувати).

    Особливість змінної «напруженість» у транспортному потоці

    Напруженість вказує на погіршення (зменшення) проїжджуваність шляху автомобілем (км-ч) з їх збільшенням. З огляду на, що інтенсивність (yoИШ?) Не завжди змінюється безперервно і швидкість є похідна V = -, виконаємо підстановку в рівнян-&

    ня (5) і знайдемо, що Ь = С | N, звідки напруженість (С, км-ч / авт.) визначиться як відношення

    Ь

    С = -

    N '

    (6)

    і безпосередньо вплив швидкості потоку У (?) на зміну інтенсивності N (0 описується функцією виду

    N (?) = С | у (?& . (7)

    Напруженість (С, км-ч / авт.) В насиченому транспортному потоці виникає через близькість автомобілів один до одного на смузі руху, і тому відношення (6) характеризує частку шляху дороги, яка припадає на інтервал між автомобілями, якщо шлях вимірювати в метрах, а час в секундах.

    Рівняння (5) описує швидкість зміни швидкості під впливом зміни в «піковий» час інтенсивності.

    Фізичний сенс напруженості в роботі [2] розкритий при вивченні руху транспортного потоку за досить малий інтервал часу А ?. Тоді зміна інтенсивності в часі апроксимується як ЛN / А ?, що дозволяє з рівнянь (5) і (7) зробити наступні висновки:

    1. У = С

    а?

    якщо під впливом швидкості

    відбудеться зміна інтенсивності на величину ДN за даний проміжок часу А ?, то швидкість повинна бути тим більше, чим більше напруженість в транспортному потоці;

    2. DN = С уд - якщо швидкість У заданої величини спостерігається протягом А?

    секунд, то вироблене під її впливом зміна інтенсивності ДN тим більше, чим менше напруженість руху.

    про Л ^ АN

    3. А? = С -у - якщо швидкість V заданої величини повинна сприяти даному зміни інтенсивності Д ^ то для цього знадобиться тим більше часу А ?, чим більше буде напруженість руху.

    З вище наведених висновків можна зробити висновок, згідно з [2], що напруженість -тільки характеристика транспортного потоку і через неї можна управляти його рухом. Формалізувати характер зміни напруженості, коли інтенсивність явно залежить від швидкості, можна скориставшись рівнянням (6), підставивши замість інтенсивності N (7) формулу її залежності від швидкості [2]

    N = 0! / Уо (Уо - у):

    (8)

    де 0т - щільність потоку при заторі; У0-швидкість вільного руху.

    тоді

    С =-

    ЬУо

    2тУ (Уо - У)

    (9)

    Аналогічно для випадку, коли необхідно знати закономірність зміни напруженості N (0) при різної щільності

    N (0 = Уо0 / 0т (0т - 0), (10)

    С =

    Ь

    Уо 0 (0т - 0)

    (11)

    Графічний аналіз залежності напруженості від швидкості і щільності С (У) і С (0) показує, що напруженість З має мінімальне значення (С = О, ооо4 км-ч / авт.) (Рис. 1) [2].

    У роботах [2, 4] зазначено, що розміри максимальної щільності залежать від довжини автомобілів і запасного відстані між ними, змінюються для потоку з вантажними автомобілями від 8о авт. / Км до 12о авт. / Км для потоку сучасних автомобілів укороченою довжини. В роботі [2] швидкість вільного руху по смугах на швидкісних дорогах

    встановлена ​​для 1-ої смуги 80 - 85 км / год, для другої смуги 94 - 100 км / ч, для 3-й -100 - 130 км / ч. Намічається будівництво многополосних швидкісних доріг, і тому доцільно перевірити відповідність значень напруженості в [2] фактичному стану транспортних потоків на зарубіжних швидкісних дорогах.

    ^ Км-ч авт

    15 I (І

    13-НІ

    I МО "1

    9-1СН

    7'ю-1

    е-1<і

    9 10 2 «30 40 50 60 70 80 ')' (> . 00 про 1тг

    I-1_I_1_I_I__| | V

    у ™

    * ч

    Мал. 1. Залежність напруженості від щільності і швидкості потоку: 1 - крива побудована при Ь = 1 км, Qm = 100 авт. / Км; 2 -Кривий «ступеня безпеки» по Трай-Терера

    З публікації [1] обрані дані по інтенсивності руху в момент виникнення заторових ситуацій.

    Time, Г at D1S

    Мал. 2. Зміна інтенсивності руху в часі на автобані А5

    За автобану в одному напрямку рухався автопотік 4831 автомобілів за годину.

    Виконані розрахунки показали, що напруженість на лівій смузі 0,00033 км-ч / авт., Що відповідає Qm = 100 авт. / Км, У0 = 100 км / год і швидкості потоку У = 80 км / год; на середній смузі С = 0,00039, близька до вищевказаної С = 0,0004 км-ч / авт. і спостерігається при Qm = 100 авт. / км, У0 = 100 км / год і швидкості по-

    струму V = 50 км / год; для правої смуги, де рухається змішаний потік і є вантажні автомобілі, С = 0,00054 км-ч / авт. при Qm = 80 -85 авт. / км, V0 = 80 км / год і швидкості потоку V = 40 км / год.

    Для безпеки руху доцільно розглядати проезжаемость автомобіля не в «км-ч», а в «м-с». Тому напруженість (С, м-с / авт.) На правій смузі склала 219,54, на середньої - 301,14, на лівій - 351,79.

    В даному поданні напруженості виступає не інтенсивність за годину, а інтервал (t) між автомобілями в секундах.

    Так, на лівій смузі з максимальною інтенсивністю інтервал становить 1,85 с, для середньої смуги - 2,17 с, для правої - 2,98 з.

    висновки

    Порівняння мінімального значення напруженості при оптимальних станах насичених транспортних потоків з фактичними при швидкісному русі і колонній дозволяє прогнозувати зниження рівня безпеки і більш правильно встановлювати рекомендовану для потоку швидкість по смугах.

    література

    1. Robert L. Bertini, Rodger V. Lindgren, Dirk

    Helbing, Martin Schonhof ,. Empirical observations of dynamic traffic flow phenomena on a German autobahn. Institute for Economics and Dresden University of Technology, 2002. - Р. 1 - 16.

    2. Гук В.І. Елементи теорії транспортних

    потоків і проектування вулиць і доріг: Навчальний посібник. - К .: УМК ВО, 1991. -254 с.

    3. Семенов В.В. Зміна парадигми в теорії

    транспортних потоків. - М .: Препринт, ІПМ РАН, 2006. - 45 с.

    4. HIGHWAY CAPACITI for Microsoft Win-

    dows. HCM 2000. U.S. CUSTOMARY UNITS. TRB.

    Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 29 травня 2009 р.


    Ключові слова: транспортний потік /інтенсивність /швидкість /щільність /кількість потоку /напруженість

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити