Теорія функціональних параметрів і критеріїв оцінки станів руху транспортних потоків на міських вулицях і дорогах

Визначення рівняння де V=V(N) встановлює закон зміни кількості потоку і інтенсивності

Розв'язано рівняння і аналіз зміни інтенсивності і швидкості при напруженому русі. Розглянуто диференціальне рівняння вигляду звідки N=VQ(1-e-t/ ).

Постійна ф = CQ має розмірність часу і характеризує швидкість зміни інтенсивності за час t після включення «зеленого» сигналу. Величина ф визначена для оптимальних розмірів С и Q і дорівнює 1,2 хв.

Рішення загальних рівняннь й аналіз стану характеристик ТП при постійних параметрах складаються з двох додатків: перше визначає зміну початкової (безпечної) дистанції х0 або початкової кількості автомобілів у групі л0, друге -- зміни, що виникають у результаті руху автомобілів з початковою швидкістю V0 або при початковій інтенсивності N0,

При цьому зусилля, що збурюють, N(t) і V(t) -- постійні. Якщо з деякого моменту часу t1 вони починають змінюватися і впливати на стан потоку, то за час dt1 інтенсивність N(t1) викликає додаткове збільшення швидкості dVдод , а швидкість V(t1) -- додаткову зміну інтенсивності потоку dNдод Наведено, що розв'язання й аналіз загальних лінійних рівнянь стану і руху ТП показав, що ТП відповідають розв'язання тільки з комплексними коренями, де уявна частина описує запізнення реакції в системі «водій-автомобіль». Установлено, що щільність Q(t) стабілізує рух, зменшуючи коливання дистанції і кількості автомобілів у групах.

У п'ятому розділі « ТЕОРІЯ КІЛЬКІСНОГО АНАЛІЗУ СТАНІВ ТРАНСПОРТНИХ ПОТОКІВ» наведено використання методу узагальнених змінних для кількісного аналізу ТП тому, що кількісна сторона транспортної проблеми привертає до себе увагу в більшій мірі, ніж будь-коли раніше. Ефективне використання положень теорії станів транспортного потоку в практичних цілях стає можливим тільки у тому випадку, коли теоретичні уявлення набувають конкретного і точного характеру в формі кількісніх критеріїв . При цьому досягнута повнота кількісної інформації, достатньої для застосувань, коли кожна з величин, важливих для транспортного процесу, буде визначена як функція аргументів, що характеризують рух ТП. Нині деякі кількісні співвідношення вивчаються достатньо енергійно, але в основному числовими методами на основі експериментальних спостережень. Хоча результати числового рішення виражають великий обсяг корисних знань, але вони не визначають внутрішніх причинно-наслідкових зв'язків, що характеризують ТП.

Для визначення кількісних співвідношень замінимо звичні змінні ТП величинами комплексного типу, які складені з тих самих змінних, але в певних поєднаннях, що залежать від природи ТП. Комплексні змінні є узагальненими змінними та визначаються на основі методу узагальненого аналізу. Цей метод базується на послідовному використанні безрозмірних величин -- критеріїв подібності і відносних змінних. Наведено визначення структури кількісних співвідношень, характерних для ТП:

на зміну інтенсивності ТП у просторі впливають

на зміну інтенсивності у регульонанному перехресті впливають напружність і інерційність

Одержані вище кількісні співвідношення для розглянутих транспортних задач зведені в таблицю 3. По своїй значущості і для зручності аналізу і практичного вживання вони позначені в порядку алфавіту великими прописними буквами.

Аналіз кількісних співвідношень здійснимий із умов прийняття їх значення постійними:

1. Критерій А є мірою відношення між макрорухом потоку і мікрорухом автомобілів, виражених через кількість потоку, на ділянці дороги довжиною х .

2. Критерій Б є мірою станів ТП. Це кількісна характеристика, проте, не розкриває якісної сторони процесу, оскільки при одному і тому ж значенні інтенсивності можливі два стану потоку, вільний рух і насичений. Все ж таки критерій Б властивий багатьом задачам.

3. Критерій В встановлює співвідношення між характерним значенням часу Т, як деяким періодом розвитку процесу руху (наприклад, сигнал світлофора, що дозволяє рух, цикл світлофора) і вимірником тривалісті рухи потоку по ділянці одиничної довжини х. Критерій В виник через нестаціонарність процесу руху транспортного потоку. При умові даний критерій дозволяє визначити відстань x до перетину, де інтенсивність через час Т буде рівна спостережуваною в початковому перетині.

4. Критерій Г є відношенням фактичної щільності потоку до усередненої щільності. При рішенні задач руху в часі x=Vt, тоді Г. Відношення представляє інерційність ТП, а добуток QТ - опір руху усередині потоку під впливом щільності (близькості автомобілів в просторі дороги). Отже, критерій Г змірює відношення інерційності потоку до внутрішнього опору руху.

Наведено повний аналіз усіх крітеріїв (табл. 3). Застосування методу узагальнених змінних дозволяє одержати не тільки кількісну оцінку різних ділянок вулиць і доріг з позиції безпеки і ефективності дорожнього руху, але і визначити критерії для управління дорожнім рухом, які є основою алгоритмів управління в реальному масштабі часу.

У шостому розділі «ТЕОРІЯ ХВИЛЬ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ» надано застосування методів «теорії хвиль» для опису розподілених станів ТП в просторі вулиць і доріг. Відомо, що поняття хвилі є одним з узагальнюючих понять в фізиці, під яким прийнято розуміти деякий стан чи деякий процес.

В табл. 4 зведені рівняння станів і рівняння хвиль швидкості, щільності, кількості потоку (груп), інерційності, інтенсивності, питомої інтенсивності, зміщення, що виникають в ТП, та швидкість розповсюдження цих хвиль або ударні (зворотні, шокові) хвилі.

З наведеного переліку зворотних хвиль (в науковій роботі прийнятий цей термін, що більш відповідає фізиці транспортного процесу) в даний час опубліковано ряд робіт тільки по хвилях щільності, табл. 4 (1.1).

Наведено виведення скалярного хвильового рівняння транспортного потоку

Хвильові рівняння поширення інтенсивності й швидкості мають стандартну математичну форму скалярних хвильових рівнянь, в яких швидкість поширення хвиль характеризує здатність вулиць і доріг накопичувати транспортний потенціал. Наведено кінематичні хвилі щільності в ТП, які відносяться до класу більш загальних гіперболічних хвиль, та експериментальне дослідження хвиль щільності з позиції їх злиття і рівномірного розподілу. Злиття хвиль щільності починається через 500 м шляху, що підтверджує розрахунки для руху ТП по регульованих магістралях з обмеженням швидкості в 60 км/год .Хвиля щільності має трикутну форму, швидкість першого автомобіля 60 км/год, останнього в групі 40 км/год, групова швидкість - 50 км/год.

Обернені (ударні) хвилі в ТП мають місце при сильних збуреннях, що виникають в результаті ДТП, заторів, несподіваних змін умов руху, як встановлено, описуються нелінійним диференціальним рівнянням. Крім того, виникають нові особливості, з яких найзначущою э поява зворотних (ударних) хвиль. У фронті зворотної хвилі ТП зазнає раптової і досить істотної зміни швидкості, щільності і інтенсивності. Навіть при безперервному русі внаслідок впливу водіїв на процес руху, автоматично можуть виникати розриви в потоці або ж наявний розрив в потоці може швидко згладитися в результаті того, що потік автомобілів наздожене попереду групу, що йде попереду. Дані обставини істотно пов'язані з нелінійністю рівнянь. Більш детально розглянуто розривне рішення або структуру зворотної хвилі в загальному випадку - нерівномірний розподіл щільності.

У результаті дії зворотної хвилі рух у ТП припинявся через 1 хв 42 сек, після чого починався повільний колонний рух з середньою швидкістю 7 км/год. Дана обставина має важливе значення для визначення пропускної спроможності, яка в умовах безперервного руху автомобілів змінюється не за годину, а за 1 хв 42 сек. Тому потрібно визначати пропускну спроможність не перетину, а ділянки смуги дороги одиничної довжини ().

Для підвищення пропускної спроможності в умовах функціонування АСУ-Д потік автомобілів необхідно розбивати на групи, використовуючи змінну - кількість потоку (авт.), оскільки швидкість групи в 1,5-2 рази вище швидкості потоку в колонному русі.

Дане положення має і містобудівний аспект, оскільки організація безперервного руху груп автомобілів (хвиль щільности) на вулично-дорожній мережі міста вимагає розміщення світлофорних об'єктів на магістралях для підтримки розривів між хвилями через 500-600 м. Ця відстань і має стати модулем для довжини перегону. При цьому відстань між перетинами може мати протяжність перегону в 2-3 модулі, але тоді між модулями потрібно розміщувати регульовані пішохідні переходи, світлофори, які підтримуватимуть постійну групову швидкість потоку. Отже, структура вулично-дорожньої мережі має бути близькою до прямокутної або радіально-кільцевої з дугами, що дорівнюють довжині радіусу, тобто 500-600 м .

Наведено хвилі ТП в умовах нерівномірного розподілу параметрів (транспортне поширення і час реакції). В цьому випадку необхідно враховувати залежність інтенсивності не тільки від щільності Q, але і від розподілу щільності Qx .. Коли, то має місце комбінована нерівномірність розподілу руху (транспортне поширення). Якщо , спостерігатиметься нестійкість потоку, оскільки водій не бачить умови руху достатньо далеко і може не встигнути зреагувати.

Виконано оцінку станів дорожнього руху в умовах нерівномірного розподілу ТП по міських вулицях і дорогах , знайдено коефіцієнт, який характеризує «рухливість» автомобілів або нерівномірність їх руху по дорозі lср V. Одночасно він є об'єктивним критерієм кількісної оцінки якості організації дорожнього руху в місті, як похідна середньої дальності вільного пробігу без затримки на середню швидкість потоку. Чім більше, тим вище якість організації дорожнього руху. Як критерій стійкості дорожнього руху він визначен вище, де lср - дальність поїздки.

Наведено, що рух ТП по міських магістралях описується рухом хвиль швидкості, інтенсивності і щільності, рівняння і характеристики яких дозволяють вирішувати прикладні задачі управління дорожнім рухом, проектування міських магістралей і вулично-дорожніх мереж і виконувати оцінку якості існуючого дорожнього руху в містах.

Натурні спостереження виконувались на магістралях міст Москви, Харкова і Далласа.

транспортний потік управління автомобіль

ВИСНОВКИ

1. Міському дорожньому руху властивий новий якісний стан - це масовий процес з безперервним насиченими ТП, заторами, високим рівнем аварійності і негативною дією на навколишнє середовище. Тому для вирішення проблем транспортного процесу, що загострилися, необхідно розробити відповідну наукова база, яка повинна включати нові теорії, що розкривають характеристики насиченого руху на рівні пропускної спроможності і методи проектування вулиць, доріг і організації дорожнього руху.

2. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в розробці теорії функціональних параметрів з розкриттям структури потоку, взаємозв'язки нових параметрів і змінних, таких як: кількість потоку, кількість руху, потужність потоку, інерційність і питома інтенсивність, працездатність, дорожній і транспортний потенціали, ексергія (зовнішня працездатність системи, тобто організація руху транспорту на дорогах), градієнти щільності і інтенсивності, критерії і показники, що характеризують різні стани дорожнього руху. Розроблено принципи симетрії і закони збереження потужності і інтенсивності потоку в перетині дорогі і на перехресті, а швидкості - на замкнутому маршруті руху.

3. Нова парадигма теорії об'єднує в одному рівнянні стану три фази руху: стартування (розгін), рівноважний рух і гальмування - в загальний рух ТП як в систему «start - go - stop» у диференціальній формі. Встановлено закон зміни кількості ТП «Зміна інтенсивності транспортного потоку за деякий проміжок часу дорівнює зміні кількості автомобілів в потоці за той же час» і наведено метод його прикладного застосування.

4. Розроблено теорію змінних стану ТП і розкриті функції магістралі, які забезпечують безперешкодний рух автомобіля, що описано дорожнім потенціалом. Оптимальне значення дорожнього потенціалу - пропускна спроможність вулиці і дороги при максимальному забезпеченні безпеки руху. Накопичення автомобілів на проїжджій частині і їх працездатність характеризують транспортний потенціал, який залежить від дистанції, швидкості і щільності транспортного потоку. Транспортний потенціал визначає стан безпеки руху в насиченому потоці і указує шляхи підвищення пропускної спроможності вулиць і доріг за рахунок адаптації водіїв до умов руху і впровадження нових технологій в організацію дорожнього руху. Сума дорожнього і транспортного потенціалів описує організацію руху ТП як безперервну зміну його станів і характеризує зовнішню працездатність (ексергію) системи «транспортний потік». Це триєдина характеристик руху в умовах «start- go- stop» є транспортно-швидкісною характеристикою потоку у вигляді його потужності.

5. Фундаментальність поняття стану і опис руху ТП, як динамічної системи, сформовано у нову теорію. Рух є безперервна зміна його станів таких як: нульове, стале, стійке і нестійке рівноважне, періодичне і аперіодичне. Перехідний режим руху ТП при частій зміні його станів є одною з об'єктивних причин виникнення ДТП. Розкрито закон зміни інтенсивності в передзаторовой ситуації по експоненті і характер зміни дистанції між автомобілями по гармонійному закону біля безпечної дистанції.

6. Наведена в дослідженні теорія дозволила скласти основні класи рівнянь, що описують рух автомобіля при різному його місцеположенні в ТП, і рівняння, які описують зміни кількості автомобілів в потоці. Рішення отриманих класів диференціальних рівнянь для розкриття причинно-наслідкових зв'язків в ТП виконане при комплексно-зв'язаних коріннях. В результаті встановлено, що стан реального ТП не є стійким. Тільки організація руху керованого ТП по магістралях з розстановкою світлофорів на однаковій, модульній відстані, з рівними циклами перемикання їх сигналів забезпечить достатньо стійкий рух.

7. В розробленій теорії кількісного аналізу виводяться комплексні критерії для оцінки станів дорожнього руху на різних ділянках вулиць і доріг і для порівняння варіантів проектних рішень. Комплексні критерії отримані на основі якісної характеристики потоку з використанням методу узагальненого аналізу і показані приклади їх використання для складання алгоритмів, що управляють рухом.

8. Рух ТП в просторі вулиць і доріг адекватний руху плоскої хвилі, що біжить. Визначено, що хвилевими властивостями володіють всі змінні потоку. Наводяться розвиток теорії хвиль та обґрунтовування і основні п'ять видів одновимірних скалярних хвильових рівнянь, показані приклади їх використання в проектуванні вулично-дорожніх мереж і в організації дорожнього руху.

9. У дослідженні освітлюється новий пріоритетний напрям, що включає глибоке розкриття нових якісних особливостей ТП, його структури, внутрішніх закономірностей, причинно-наслідкових зв'язків і опис станів і рух насичених ТП на міських вулицях і дорогах. Створено наукові основи для вирішення прикладних завдань проектування вулиць і доріг і організації ефективного. але безпечного. руху, а також напрямки для виконання нових теоретичних і прикладних досліджень:

- розробка методів проектування вулично-дорожніх мереж, міських магістралей та її елементів, визначення пропускної спроможності та шляхів її підвищення на основі закономірностей напруженого руху насичених ТП;

- розробка науково-технічних питань організації руху груп міського пасажирського транспорту в сучасних умовах;

- розвиток основ теорії і методів підвищення безпеки дорожнього руху насичених ТП в умовах міст;

- розвиток теорії «start-go-stop» з урахуванням потужності міського руху на різних магістралях і дорогах;

– розвиток теорії якісного і кількісного аналізу та розробка прикладних методів оцінки станів дорожнього і методів підвищення якості і ефективності міського руху з урахуванням його хвильових особливостей.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Гук В.І. Транспортні потоки: теорія та її застосування в урбаністиці : наукове видання/ Гук В.І., Шкодовський Ю.М. -Харків:«Золоті сторінки», 2009.-232 с.

2. Guk V. About the theory of congested transport streams /Guk V.//Transport problems. Volume 4.Issue. 3 Part. Wydawnictwo Politecnik Slaskiej Gliwice 2009. p.15-19.

3. Гук В.І. Пропускна здатність смуги руху в зоні перетину в різних рівнях / В.І. Гук //Наука і техніка в міському господарстві.- К.; Будівельник, 1973, вип. ХХШ, С. 6З-67.

4. Гук В.И. Решение практических задач автомобильного движения в городах на основе теории массового обслуживания / В.И. Гук // В помощь проектировщику градостроителю. (Транспортные системы городов разной величины).- К.: Будівельник, 1974 № 8, С. 38-48.

5. Гук В.І Моделювання транспорного потоку на основі теорії лінійних графів зв'язків/ В.І.Гук //Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: рес.міжвід.наук.-техн. збір.-К.: КАДІ, вип.31, 1982. С.14-18.

6. Гук В.И. Розв'язання задач руху транспортного потоку з урахуванням залежності інтенсивності від швидкості, часу або динамічного габариту / В.І. Гук // Автомобільні дороги і дорожне будівництво -К.: Будівельник, 1983. Вип.21.С.5-9.

7. Гук В.И. Элементы качественной теории транспорного потока / В.И.Гук //Автомобильный транспорт : респ. межвед. науч.-техн. сб. -Х.: ХАДИ, 1984. С.11-17.

8. Гук В.И. Основы теории насыщенных транспортных потоков / В.И. Гук // Обоснование параметров дорожных конструкций в сложных природных условиях :сб.науч.труд -Омск. , ОмПИ.1984. С.49-55.

9. Гук В.И. Оценка качества дорожного движения /В.И.Гук, В.О.Егоров // Проектирование автомобильных дорог в сложных природных условиях Сибирию: сб.науч.тр. -О.:ОмПИ 1985. С.40-47.

10. Гук В.И. Методы повышения эффективности городских перевозок / В.И.Гук //Повышение эффективности и надежности городского хозяйства. -К.:УМК ВО, 1900. С.108-109.

11. Гук В.И. Расчет пропускной способности магистралей с движением преимущественно грузового транспорта / В.И. Гук , А.В. Завальный //Развитие и совершенствование городского строительства и хозяйства: сб.науч. трудов -К.; УМК ВО, 1991.С.103-114.

12. Гук В.И. Анализ основных характеристик городских транспортных систем / В.И.Гук, С.Н.Гордиенко // Развитие и совершенствование городского строительства и хозяйства: сб. науч. трудов -К.: УМК ВО, 1991. С.114-120.

13. Гук В.И. Взаимосвязь между интенсивностью и скоростью в транспортном потоке / В.И. Гук, Т.В. Стрельцина // Автошляховик України -К.:1992. 1, 1992. С.41-42.

14. Гук В.И. Применение законов симметрии и сохранения транспортного потока для решения задач городского движения / В.И.Гук // Коммунальное хозяйство городов -К.:Техніка, 1992. №1 С.34-44.

15. Гук В.И. Повышение безопасности движения автотранспортных потоков / В.И. Гук, И.В.Гук //Коммунальное хозяйство городов.-К.:Техніка, 1993, 2.С.67-72.

16. Гук В.И. Научная база организации городского транспорта / В.И. Гук // Коммунальное хозяйство городов.-К.: Техніка, 1996, 5 .С.43-45.

17. Гук В.И. Взаимосвязь метрополитена и наземного пассажирского транспорта /В.И.Гук, Н.А.Бондаренко, В.В.Гулевская и др.//Коммунальное хозяйство городов.-К.: Техніка. 1998, 16, С.186-187.

18. Гук В.И. Логистика и городские транспортные системы /В.И. Гук, Л.И. Шутикова// Коммунальное хозяйство городов.-К.: Техніка. 2000. 22. С. 191-195.

19. Гук В.И. Концептуальная методология определения перечня объектов и сооружений коммунального хозяйства для создания страховой технической документации /В.И.Гук, М.С.Золотов //Коммунальное хозяйство городов. -К.: Техніка.1999. №20.С.174-177.

20. Гук В.И. О законе изменения количества потока пассажиров /В.И.Гук, Л.А.Исаев // Коммунальное хозяйство городов,-К.:Техніка. 2000, 25. С.233-236.

21. Гук В.И. Основные положения оптимизации транспортного обеспечения городов. /В.И.Гук //Збірник наукових праць Української Академіїї державного управління при Президентові України. -Х.: 2001, вип.1, част.1.С.79-80.

22. Гук В.И. Основные положения конценции транспортного развития городов Харьковской области / В.И.Гук // Весник ХДЕУ.-Х.; 2001, №4(20). С.35-36

23. Гук В.И. Транспортная политика для целей устойчивого развития города / В.И.Гук //Коммунальное хозяйство городов. -К.: Техніка, 2002. С.200-206.

24. Гук В.И. Идентификация транспортного потока как объекта управления /В.И.Гук // Автомобильный транспорт :сб. науч. трудов ХНАДУ , вып.19, 2006, С. 25-28.

25. Гук В.И., Количественный анализ состояний транспортного потока / В.И.Гук, С.В.Очеретенко //Автомобильный транспорт : сб. науч. трудов ХНАДУ , вып.19, С.22-24.

26. Гук В.И. Новые характеристики для развития теории измерителей транспортного потока / В.И. Гук, Е.В. Запорожцева, В.А. Чумаченько // Коммунальное хозяйство городов.-К.:Техніка. 2008. вип.84. С.322-330.

27. Гук В.И. Потенциалы дороги, транспорта и организации безопасного движения /В.И.Гук, А.Н.Азацкий // Вестник ХНАДУ : сб. науч. трудов, вып. 47 . С.100-103 .

Размещено на Allbest.ru