Методы оценки эффективности (качества) организации дорожного движения

При рассмотрении основного содержания инженерной деятельно­сти по организации дорожного движения (см. подразд. 1.2) была отме­чена необходимость оценивать количественными показателями резуль­таты внедряемых мероприятий. При этом отмечалась особая важность применения метода сравнения показателей " до и после". Это вызвано разнообразием конкретных условий движения, в связи с чем невозмож­но установить абсолютные значения оценочных критериев и следует анализировать изменения показателей, происходящие в результате со­вершенствования организации движения внедрением отдельных и ком­плексных мероприятий на данном участке УДС или в соответствующем регионе.

В принципе почти все характеристики, рассмотренные в предыду­щих главах учебника, могут быть использованы для такого анализа. Однако научные исследования и практика показывают, что могут быть выделены наиболее информативные и удобные для использования кри­терии. Очевидно, что каждый из них должен позволять оценить те тре­бования, которые выдвигаются практическими задачами или специфи­ческими исследовательскими целями. Наиболее важное значение для оценки эффективности внедряемых мероприятий имеют критерии, которые должны отвечать на вопрос, в какой степени достигнуты по­ложительные результаты в обеспечении безопасности движения, быст­роты автомобильных перевозок и их экономичности.

Оценка уровня безопасности базируется в основном на показате­лях статистики ДТП и на характеристике конфликтных точек и конф­ликтных ситуаций на рассматриваемых элементах УДС. Главы 2 и 3 содержат достаточно подробные сведения для анализа по этому на­правлению. Надо лишь дополнить следующее. Совершенствование применяемых методов и аппаратуры способствует появлению новых методических приемов, а также приборного обеспечения оценки внедренных решений. Однако в отечественной практике эта заклю­чительная часть деятельности по улучшению организации движения является пока самой слабой и редко выполняемой. Поэтому внедре­ние излагаемых далее методов является одной из важнейших перс­пективных задач для достижения более высокого уровня организа­ции движения.

Для оценки скоростных показателей транспортного потока могут быть использованы такие критерии, как мгновенная скорость в харак­терном сечении дороги, скорость сообщения на определенном участке маршрута, частота и продолжительность задержек транспортных средств, степень равномерности скоростного режима. Наиболее пока­зательной характеристикой является скорость сообщения, которая об­ратно пропорциональна затратам времени на передвижение транс­портных средств по УДС. Средние затраты времени на движение (темп движения Т _Д) измеряют в минутах, затраченных на проезд 1 км изучае­мого маршрута.

Весьма трудно установить универсальные нормы скорости v _c, которые должны быть обеспечены в городах при удовлетворитель­ной организации движения. На основе исследований можно ори­ентировочно отметить, что в периоды средней интенсивности дви­жения на магистралях с пересечениями в одном уровне может быть достигнута v _c = 40 км/ч для легковых автомобилей и v _c = 20 км/ч для наземного МПТ, следующего с остановками через 300 – 500 м. Од­нако с учетом значительных отличий конкретных условий движе­ния по различным улицам (профиль дороги, состояние покрытия, частота пересечений, режимы регулирования, условия движения МПТ) эти цифры можно принять в качестве ориентировочных, но не оценочных критериев.

При оценке конкретных улиц и маршрутов по скоростному режиму следует воспользоваться относительной оценкой, сравнивая скорость v _c, достигаемую фактически на разных участках магистрали. На рис. 4.9 показана пространственная диаграмма усредненной для каждого пере­гона скорости сообщения, полученная при исследовании на семи пе­регонах разной длины городской магистрали. Скоростной режим оп­ределялся с помощью ходовой лаборатории в пиковые периоды движе­ния. " Узкими" участками являются 3-й и 7-й перегоны, где скорость v _c упала соответственно до 15 и 12, 5 км/ч. Задачей организаторов движе­ния является анализ причин резкого падения скорости в " узких" мес­тах и принятие мер для их устранения. Для сравнительной оценки обес­печиваемого эксплуатационного скоростного режима может быть рекомендован показатель уровня обеспечиваемой скорости K_v (коэффи­циент использования скоростного режима). В общем виде

где v _c и v _p – соответственно реализуемая при движении скорость сообщения и разрешенная на данной дороге (участке) скорость, км/ч.

Рис. 4.9. Результаты измерения скорости сообщения ходовой лабораторией на городской магистрали:

I, II и III – соответственно разрешенная, максимальная реализованная и средняя ско­рости на участках; IV – " узкие" места

Многие работы отечественных и зарубежных исследователей пока­зывают, что условия безопасности, а также расход топлива в значитель­ной мере зависят от стабильности скоростного режима на протяжении маршрута. Чем больше частота и диапазон колебаний (дисперсия) ско­рости автомобилей при проезде по магистрали, тем ниже относитель­ный уровень безопасности движения и топливная экономичность. Это положение подтверждает и развивает сказанное ранее об исследовани­ях, на основании которых получен график на рис. 4.9. Представляется возможным в качестве объективного метода для оперативной оценки эффективности организации движения использовать анализ прост­ранственно-временной характеристики скоростного режима, получен­ной ходовыми лабораториями. Наличие пространственно-временной характеристики скоростного режима позволяет определить математи­ческий шум ускорения (среднее квадратическое отклонение ускорения) на исследуемом участке:

,

где Т – время движения по исследуемому участку, с; a_i – мгновенные значе­ния ускорения, м/с²; dt – промежуток времени, принятый для фиксации ус­корения при анализе непрерывной записи скорости движения автомобиля в потоке, с.

Показатель шума ускорения может быть успешно применен для ха­рактеристики стабильности скоростного режима на перегоне при без­остановочном движении. Однако он не чувствителен к наличию пол­ных перерывов движения (остановок). Поэтому для объективной оцен­ки, особенно городских магистралей с регулируемыми пересечениями, следует применять показатель колебаний скорости (градиент скорости) G_v. Он является отношением шума ускорения к скорости сообщения на протяжении исследуемого участка: G_v = σ _a/v_c.

Исследования показали, что на магистрали с регулируемым движе­нием при шаге обработки записи скоростного режима (см. рис. 3.7) ∆ v = 1 км/ч, а ∆ t = 1 с и длине перегона 500–600 м G_v достигает при высо­кой плотности потоков 0, 2 с^-1. Это свидетельствует о большой неста­бильности скоростного режима. При эффективной координации све­тофорного регулирования показатель колебания скорости не превышает 0, 1с^-1.

Частным транспортно-эксплуатационным критерием, который мо­жет быть применен для косвенной оценки эффективности организации дорожного движения, является удельный расход топлива автомобилем (например, на 1 км пробега по маршруту). Достижение снижения расхо­да топлива на конкретных маршрутах при одинаковой интенсивности транспортных потоков за счет улучшения организации движения может служить весомым доказательством эффективности проводимых меро­приятий. Так, исследованиями, проведенными в МАДИ, установлено, что введение координированного регулирования обеспечивает снижение расхода бензина не менее 0, 008 л на 1 км пробега условного автомобиля, масса которого 1 т. Это, например, означает, что для магистрали длиной 10 км с интенсивностью движения 10 000 авт/сут экономия топлива транс­портным потоком за 1 сутки составит около 800 л.

Особенно большое влияние на расход топлива автомобилями ока­зывают остановки, требующие последующего разгона. Исследования­ми в условиях движения в городах установлено, что современные оте­чественные автомобили с карбюраторными двигателями расходуют на каждый цикл разгона с места до скорости 60 км/ч около 0, 1 л бензина на каждую тонну полной массы. Поэтому важными показателями ка­чества организации движения являются колебание скоростного режи­ма и число остановок на 1 км пробега.

Расход топлива представляет значительный интерес не только по экономическим соображениям, но и в связи с тем, что позволяет при­ближенно оценить степень загрязнения атмосферного воздуха на об­следуемом участке УДС. В табл. 4.2 приведены экспериментальные дан­ные о расходе топлива, л/км, и вредных выбросах, г/км, в городских условиях движения для автомобилей различных категорий (см. табл. 2.2) с бензиновыми двигателями.

Таблица 4.2

Кроме уже упомянутых шума ускорения и градиента скорости, мож­но назвать такие распространенные параметры, как шум энергии и гра­диент энергии.

Чтобы пояснить значение энергетических критериев, следует под­черкнуть, что физический смысл их применения заключается в возмож­ности оценить потери энергии в транспортном потоке вследствие не­благоприятных условий движения (неоднородности потока, перенасы­щения дороги потоком, некачественной координации светофорного регулирования и т.д.).

Применение критериев шум энергии σ _Е и градиент энергии G_E оправдано при более глубоких исследованиях характеристик транс­портных потоков. При анализе скоростных режимов на городских магистралях было установлено, что с увеличением скорости движе­ния и продолжением движения в этом режиме уменьшаются мгно­венные и средние значения ускорений. В результате при высокой скорости не учитывается одно из основных противоречий дорожно­го движения " скорость – опасность". Однако данным обстоятель­ством обычно пренебрегают при определении оптимальных скорос­тных режимов по шуму ускорения.

Поэтому дальнейшее направление развития оценочных критериев связано с разработкой критерия, сформированного на основе оценки среднего квадратического отклонения мгновенных значений а _i и v _i от среднего значения . Этот критерий назван шумом энергии:

,

где а_i и v_i – мгновенные значения соответственно ускорения, м/с², и скорости, м/с, в одной и той же точке; – среднее значение произведения скорости на ускорение на исследуемом участке, м²/с³; n – число измерений скорости и ускорения.

Рассмотрим обоснованность такого названия критерия. Кинетичес­кая энергия движения автомобиля

,

где m – масса автомобиля

Производная энергия по времени характеризует процесс измене­ния кинетической энергии движущегося автомобиля:

,

Поскольку за промежуток времени dt между двумя замерами (2–3 с) масса автомобиля не изменяется, можно считать, что изменение энер­гии характеризуется произведением ускорения на скорость.

В отличие от ускорения произведение возрастает с увеличением скорости при неравномерном движении, а в случае приближения к ус­тойчивому режиму движения остается на одном уровне при скорости выше 40–45 км/ч. Это принципиальное различие позволяет получать более точную оценку режима движения, характеризуемого относитель­но высокой скоростью.

Шум энергии сравнительно редко используется при оценке ус­ловий движения. По имеющимся данным можно считать условия движения сложными при шуме энергии выше 4 – 5 м²/с³. Градиент энергии G_E является более универсальным критерием. Расчетная формула для его определения получается при преобразовании шума энергии: .

Экспериментальные исследования, проведенные проф. В. В. Зы­ряновым, показали, что наиболее существенное влияние на градиент энергии оказывают длительность задержек и неравномерность движе­ния. Степень взаимосвязи этих факторов с градиентом энергии при­мерно одинакова. Такие свойства позволяют успешно применять гра­диент энергии для оценки эффективности методов организации дорож­ного движения на регулируемой светофорами транспортной сети.

В результате этих исследований установлены следующие зависимо­сти между градиентом энергии и основными характеристиками транс­портных потоков:

– с увеличением интенсивности движения градиент энергии возрас­тает, т.е. критерий отражает те качественные изменения состояния транспортного потока, которые происходят при изменении уровня заг­рузки дороги (рис. 4.10, а);

– увеличение скорости сообщения и снижение задержек приводят к уменьшению градиента энергии (рис. 4.10, б);

– повышение стабильности скоростного режима способствует сни­жению градиента энергии;

– разнородность состава транспортного потока приводит к увеличе­нию градиента энергии.

Дорожно-транспортные условия движения можно ориентировоч­но охарактеризовать в соответствии со следующими значениями гра­диента энергии, м/с²:

При проведении исследований с целью оценки условий движения по энергетическим критериям необходимо измерять мгновенные зна­чения скорости v_i и ускорения а_i через определенные интервалы време­ни. При выборе дискретности отсчетов надо учитывать, что при малых интервалах регистрации данных увеличивается трудоемкость обработ­ки эксперимента, а при больших интервалах возможен пропуск суще­ственной информации об изменении режима движения. На основе про­веденных в МАДИ исследований показателя G_E рекомендуется регист­рация параметров через каждые 2с с помощью автоматизированной аппаратуры и микропроцессора для обработки данных.

Следует отметить, что при оценке состояния дорожного движе­ния специалистами ГИБДД или дорожно-эксплуатационной служ­бы далеко не всегда возможно и целесообразно применение точ­ных экспериментальных методов. Приходится использовать про­стейшие способы, ог­раничиваясь данными о ДТП и измерениями скоростей и задержек движения. Тем не ме­нее специалисты по ОДД должны знать об этих методах, а в необ­ходимых случаях при­бегать к помощи ис­следовательских лабо­раторий.

Рис. 4.10. Зависимость гра­диента энергии:

а – от уровня загрузки Z на городской магистрали; б – от средней продолжи­тельности Δ t задержек на маршруте

Таблица 4.3

В заключение следует отметить, что с точки зрения потребите­лей, т.е. водителей ТС (профессионалов и любителей) первостепен­ным показателем остается средняя скорость движения (скорость со­общения), отражающая затрату времени на проезд по тому или ино­му маршруту. В связи с этим в дополнение к уже сказанному в отно­шении оценки скоростного режима следует остановиться на оценке условий движения показателем уровня обслуживания (уровнем удоб­ства движения) на дороге, разработанным в США и достаточно ши­роко признанным специалистами многих стран. Этот показатель практически определяется скоростью сообщения, которая может быть реализована на конкретной дороге. При этом исходят из того, что удобство и качество обслуживания определяются степенью на­пряженности (психической и физической нагрузки) труда водителя в транспортном потоке.

Весь диапазон условий движения разделен на шесть категорий. В табл. 4.3 приведены данные, указанные этим автором для каждой кате­гории условий движения, а именно: уровень загрузки Z полосы движе­ния, плотность q транспортного потока, реализуемая скорость v_c, а также условная терминологическая характеристика состояния транспортно­го потока.

Профессор В.В. Сильянов рекомендует, ориентируясь на отече­ственные условия дорожного движения и состав транспортного пото­ка, подразделять его состояние на четыре категории:

А.................................................. Z< 0, 2 (поток свободный)

Б.................................................. Z = 0, 2÷ 0, 45 (поток частично связанный)

В.................................................. Z= 0, 45÷ 0, 7 (поток связанный)

Г.................................................. Z= 0, 7÷ 1, 0 (поток насыщенный с колонным движением)