1

2

Міністерство освіти та науки України

Харківський Національний автомобільно-дорожній університет.

Кафедра транспортних систем

Контрольна робота

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………………………………….3

1. Визначення параметрів транспортного потоку………………………….5

2. Визначення залежностей між параметрами транспортного потоку….11

3. Аналіз існуючих моделей транспортного потоку……………………..16

3.1. Детерміновані моделі……………………………………………….....17

3.2. Стахостичні моделі…………………………………………………….19

Висновок…………………………………………………………………….20

Список літератури………………………………………………………..…21

ВСТУП

Транспорт - одна з галузей матеріального виробництва України.

Транспорт є:

- засобом забезпечення територіальних зв'язків;

- крупним споживачем трудових і матеріальних ресурсів;

- чинником, що визначає ефективність розвитку і розміщення продуктивних сил в різних регіонах країни;

- засобом дії на соціальну і економічну структуру самого суспільства;

- чинником, що грає важливу роль в рішенні зовнішньополітичних задач;

- чинником, що впливає на взаємини між окремими організаціями;

- засобом мобільності, що забезпечує відповідний спосіб життя людини;

- чинником, що підвищує культурний рівень суспільства.

Він є важливим чинником формування територіальної структури господарства. Вплив транспортного чинника залежить від рівня розвитку транспортної системи. Чим більш розвинутою, різноманітною й розгалуженою є транспортна мережа, чим більше функціонує ефективних транспортних засобів, тим сприятливішим є транспортне положення об'єкта території (району, міста). А недостатній розвиток транспортної системи обмежує можливості формування і подальший розвиток господарства на певній території.

Під організацією дорожнього руху в даний час розуміють комплекс інженерно-технічних і організаційних заходів, направлених на забезпечення оптимальної швидкості руху транспортних засобів, безпеки і зручності для всіх учасників руху, забезпечення необхідної пропускної спроможності існуючої вулично-дорожньої мережі.

Основний принцип ОДД - розділення потоків в просторі і в часі. Для розділення потоків в просторі служать смуги рухи, транспортні розв'язки, пішохідні переходи. Потоки в часі розділяються за допомогою дорожньої сигналізації, в першу чергу світлофорної. У ряді випадків розділення потоків забезпечують Правила дорожнього руху.

Умови руху, особливо у великих містах, характеризуються все зростаючою складністю. Висока інтенсивність руху, що збільшується - результат диспропорції між ростом автомобільного парку і мережею автомобільних шляхів, що, у свою чергу, призводить до високої завантаженості транспортної мережі і збільшенню рівня аварійності.

Збільшення інтенсивності, зміна структури і швидкісних режимів транспортних потоків висувають усе більші вимоги до засобів керування й організації дорожнього руху, які покликані забезпечити необхідний рівень ефективності і безпеки руху. Вони можуть бути досягнуті за умови своєчасного і повного інформування учасників руху про зміну умов руху, шляхово-транспортних ситуацій, що дозволить вибрати правильний напрямок і безпечний режим руху.

Для забезпечення умов організації дорожнього руху на вулично-дорожній мережі міст необхідно мати інформацію про стан дорожнього руху. В першу чергу необхідно мати дані, що характеризують транспортний потік.

Багаторічний досвід досліджень та практичних спостережень за транспортними потоками дозволили розробити відповідні об'єктивні показники. по мірі удосконалення методів та апаратури для дослідження транспортних потоків номенклатура показників, що використовуються в організації дорожнього руху, продовжує розвиватися. Найбільш необхідними та часто використовуємими є інтенсивність транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міст, його склад за типами транспортних засобів, щільність потоку, швидкість та затримки руху.

Отримати такі дані про стан транспортного потоку дозволяє використання різноманітних моделей транспортного потоку.

На період переддипломної практики мені запропоновано виконати дослідження моделей транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста.

1. ВИВЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ

При формуванні інформації про стан дорожнього руху в першу чергу необхідні дані, що характеризують транспортний потік.

Багаторічний досвід наукових досліджень та практичних спостережень за транспортними потоками дозволив розробити відповідні об'єктивні показники. В міру удосконалювання методів та апаратури для дослідження транспортних потоків номенклатура показників, що використовуються в організації дорожнього руху, продовжує розвиватися. Найбільш необхідні та часто застосовувані є інтенсивність транспортного потоку, його склад за типами транспортних засобів, щільність потоку, швидкість руху, затримки руху. Необхідно охарактеризувати ці та деякі інші показники.

Інтенсивність транспортного потоку (інтенсивність руху) - кількість транспортних засобів, що проїжджають через переріз дороги за одиницю часу. В якості розрахункового періоду часу для визначення інтенсивності руху приймається рік, місяць, доба, година та більш короткі проміжки часу в залежносі від поставленого завдання спостереження та засобів вимірювання.

На вулично-дорожній мережі міст можна виділити окремі ділянки, де рух транспортних засобів досягає максимальних розмірів, в той час коли на інших ділянках він в декілька разів менше. Така просторова нерівномірність відображає перед усім нерівномірність розміщення вантажо - та пасажироутворюючих пунктів та місць їх притягання.

Нерівномірність транспортних потоків на протязі року, місяця, доби і навіть години має важливе значення в питанні організації дорожнього руху. Типова крива розподілення інтенсивності руху на протязі доби на міській магістралі зображена на рисунку 1.

Рисунок 1: Зміна інтенсивності транспортного потоку на протязі доби на міській магістралі радіального напрямку: 1 - рух з центра; 2 - рух до центру.

Часова нерівномірність транспортних потоків може бути охарактеризована відповідним коефіцієнтом нерівномірності Кн. Цей коефіцієнт може бути визначений для річної, добової та годинної нерівномірності руху. Нерівномірність може бути виражена як частка інтенсивності руху, що приходиться на даний відрізок часу, або як відношення інтенсивності, що спостерігається до середньої інтенсивності за однакові проміжки часу.

Коефіцієнт річної нерівномірності можна розрахувати за формулою:

Кнр=12Nам/Nар, (1)

де 12 - число місяців в році;

Nам - інтенсивність руху за порівнюваний місяць, авт/міс;

Nар - сумарна інтенсивність руху за рік, авт/рік.

Коефіцієнт добової нерівномірності розраховується за формулою:

Кнд=24Nаг/Nад, (2)

де 24 число годин в добі;

Nаг - інтенсивність руху за порівнювану годину, авт/год;

Nад - сумарна інтенсивність руху за добу, авт/доб.

В деякій літературі з дорожнього руху в наслідок нерівномірності транспортного потоку досить часто використовують поняття об'єм руху на відміну від інтенсивності руху. Під об'ємом руху розуміється фактичне число автомобілів, що проїжджають по дорозі на протязі прийнятої одиниці часту, отримане безперервним спостереженням за визначений період.

Нерівномірність транспортних потоків проявляється не лише в часі, але й просторі, тобто по довжині дороги та по напрямкам. Для характеристики просторової нерівномірності транспортного потоку можуть бути також визначені відповідні коефіцієнти нерівномірності по окремим вулицям та ділянках доріг.

У багатьох випадках, особливо при вирішенні питань регулювання руху у міських умовах, має значення не тільки сумарна інтенсивність руху потоку по даному напрямку, але також інтенсивність, що приходиться на одну смугу, або так названа питома інтенсивність руху Ма. Якщо відоме конкретне розподілення інтенсивності руху по смугам та воно істотно нерівномірне, то в якості розрахункової інтенсивності Ма можна використати інтенсивність руху по найбільш завантаженій смузі руху.

Часовий інтервал t_i між слідуючими один за одним автомобілями є показником, протилежним інтенсивності руху. Математичне очікування Е(t_i) визначається залежністю:

Е(t_i) = 3600/Ма, (3)

Якщо інтервал t_i між слідуючими один за одним по смузі автомобілями більш ніж 10 секунд, то їх взаємна дія є відносно слабкою та умови руху характеризуються як “вільні”.

Склад транспортного потоку характеризується співвідношенням в ньому транспортних засобів різного типу. Цей показник чинить значний вплив на параметри дорожнього руху. Разом з тим склад транспортного потоку значною мірою відображає загальний склад парку автомобілів в регіоні. Склад транспортного потоку чинить вплив на завантаження вулично-дорожньої мережі, що пояснюється перед усім значною різницею в габаритних розмірах автомобілів.

Для того, щоб урахувати в фактичному складі транспортного потоку вплив різних типів транспортних засобів на завантаження вулично-дорожньої мережі міст, використовуються коефіцієнти приведення Кпр до умовного легкового автомобіля.

Для вирішення практичних здач організації дорожнього руху в містах, доцільно використовувати значення Кпр:

Легкові автомобілі - 1;

Мікроавтобуси та вантажні автомобілі вантажопід'ємністю до 2 тон - 1,5;

Вантажні автомобілі вантажопід'ємністю 2 - 5 тон - 2,0;

Вантажні автомобілі вантажопід'ємністю 5 - 8 тон - 2,5;

Вантажні автомобілі вантажопід'ємністю більш ніж 8 тон - 3,5;

Автобуси усіх марок - 2,5;

З'єднані автобуси - 3,5;

Тролейбуси - 3,0;

З'єднані тролейбуси - 3,5;

Мотоцикли, мопеди та інше - 0,5;

Кран, автопоїзди та інше - 3,5.

За допомогою коефіцієнта приведення можна отримати показник інтенсивності руху транспортного потоку в умовних приведених одиницях за наступною залежністю:

, од/год (4)

де N_i - інтенсивність руху транспортних засобів даного типу, авт/год;

Кпр_і - відповідні коефіцієнти приведення для конкретної групи транспортних засобів;

n - число типів транспортних засобів на які розділені дані спостережень.

Щільність транспортного потоку q_a є просторовою характеристикою, що визначає ступінь щільності транспортного потоку на смузі руху. Вона вимірюється числом транспортних засобів, що приходиться на 1 км протяжності дороги. Гранична щільність досягається при нерухомому стані колони автомобілів, що розміщені упритул один до одного на смузі руху.

В залежності від щільності транспортного потоку рух по ступені щільності ділиться на вільний, частково зв'язаний, насичений, колонний.

Чисельні значення qа в фізичних одиницях, що відповідають цим станам транспортного потоку, дуже істотно залежать від параметрів вулично-дорожньої мережі, коефіцієнта зчеплення, а також стану потоку за типами транспортних засобів, що, в свою чергу, впливає на швидкість, яку обирає водій.

Швидкість руху є важливим показником, так як являє собою цільову функцію дорожнього руху. Найбільш об'єктивною характеристикою транспортного засобу на вулично-дорожній мережі може слугувати графік зміни його швидкості на протязі всього маршруту руху. Однак, отримання таких просторових характеристик для множини автомобілів що рухаються є складним, так як вимагає безперервного автоматичного запису швидкості на кожному з них. В практиці організації дорожнього руху прийнято оцінювати швидкість руху транспортних засобів миттєвими її значеннями, зафіксованими в окремих типових перетинах дороги.

Затримки руху є показником, на який необхідно звернути особливу увагу при оцінці стану дорожнього руху. До затримок слід віднести втрати часу не лише на всі змушені зупинки транспортних засобів перед перехрестями, залізничними переїздами, при заторах на перегонах, але також через зниження швидкості транспортного потоку у порівнянні з середньою швидкістю вільного руху на даній ділянці вулично-дорожньої мережі.

Втрати часу розраховуються за залежністю:

, (5)

де Vф та Vр - відповідно фактична та прийнята розрахункова швидкості, м/с;

dl - елементарна ділянка дороги, м.

Загальні втрати часу для транспортного потоку розраховуються за залежністю:

Т = NаtT , (6)

де t - середня сумарна затримка одного автомобіля, с;

Т - тривалість спостереження, год;

Nа - інтенсивність руху транспортного потоку.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТЕЙ МІЖ ПАРАМЕТРАМИ ТРАСПОРТНОГО ПОТОКУ

Однією з задач даної роботи є визначення взаємозв'язків між характеристиками транспортного потоку.

Однією з перших робіт в даному напрямку є робота Гріншилдса, яку він виконав у 1934 році. Він встановив лінійну залежність між середньою щільністю та середньою швидкістю (рис. 2), яка має вигляд:

, (7)

де Vj - середня швидкість вільного руху, км/год;

Dj - щільність транспортного потоку при заторовій ситуації, авт/км.

Рисунок 2. Графік залежності між швидкістю та щільністю транспортного потока.

Якщо між швидкістю та щільністю транспортного потоку єіснує лінійний зв'язок, то кореспондуючі функції для інтенсивності та щільності, а також для інтенсивності та швидкості повинні мати параболічну форму. Залежність інтенсивність - щільність може бути отримана шляхом підстановки виразу N/D дял V_s у рівність (7). В результаті отримаємо вираз:

, (8)

Аналогічно, підставляючи вираз N/V_s замість D у рівняння (7), отримаємо залежність між інтенсивністю та швидкістю:

, (9)

Ці дві залежності зображено на рисунку 3.

Рисунок 3. Параболічні криві: а) інтенсивність - щільність; б) інтенсивність - швидкість.

Однак, в даному випадку транспортний потік розглядається як безперервний процес. Але транспорний потік фактично являє собою послідовність дискретних подій, які полягають в появі автомобілів на ділянці вулично-дорожньої мережі. При аналізі такого транспорного потоку, виділяються наступні залежності між характеристиками транспортного потоку:

- залежність між швидкістю руху автомобілів у потоці, відстанню між сусідніми, слідуючими один за одним автомобілями у потоці та часовим інтервалом між сусідніми, слідуючими один за одним автомобілями у потоці:

V = ДS/t-_і , (10)

де V - швидкість руху автомобілів у потоці, м/сек;

ДS - відстань між сусідніми, слідуючими один за одним автомобілями у потоці, м;

t_i - часовий інтервал між сусідніми, слідуючими один за одним автомобілями у потоці, сек.

- залежність між швидкістю руху автомобілів у потоці, щільністю та інтенсивностю транспортного потоку:

V = N / D, (11)

де N - інтенсивність руху автомобілів у потоці, од/сек;

D - щільність транспорного потоку, од/м.

Таким чином, загальне рівняння транспортного потоку буде мати вигляд:

, (12)

При аналізі основного рівняння транспортного потоку доцільно розглянути поверхню, що утворюється при графічній побудові рівняння на взаємно перепендикулярних осях (рис.4)

Рисунок 4. Об'ємна діаграма для інтенсивності, швидкості та щільності транспортного потоки.

Також загальне рівняння транспортного потоку в повній мірі описується основною діаграмою транспортного потоку, яка має вигляд (рис.5):

Рисунок 5. Основна діаграма транспортного потоку.

Основна діаграма відображає зміну однорідного транспортного потоку переважно легкових автомобілів в залежності від збільшення його інтенсивності ат щільності. Ліва частина кривої (на рисунку зображена суцільною лінією) відображує стійкий стан транспортного потоку, при якому по мірі зростання щільності транспортний потік проходить фази вільного, потім частково зв'язаного на потім зв'язаного руху, досягаючи точки максимально можливої інтенсивності, тобто пропускної здатності. В процесі цих замірів швидкість потоку знижується - вона характеризується тангенсом кута нахилу радіуса-вектора проведеного від точки 0 до будь-якої точки кривої, що характеризує зміну інтенсивності. Відповідні точці Na max = Pa значення щільності та швидкості потоку вважаються оптимальними по пропускній здатності. При подальшому зростанні щільності потік стає нестійким (на рисунку зображено пунктирною кривою).

Однак, основна діаграма не може відобразити всю складність процесів, що відбуваються в транспортному потоці та характеризує його лише при однорідному складі та відповідному умовам руху стані ділянок вулично-дорожньої мережі міста та зовнішнього середовища.

3. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МОДЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ.

Для вирішення проблем організації дорожнього руху на вулично-дорожній мережі міста необхідно передбачити поведінку транспортного потоку на вулично-дорожній мережі мітса. Для вирішення даної задачі використовується моделювання зміни параметрів транспортних потоків на вулично-дорожній мережі міста.

Виходячи з всього вище наведеного видно, що між характеристиками транспортного потоку існує безпосередній зв'єязок, а отже, знаючи один з основних параметрів потоку, можна визначити й інші параметри. Таким чином, в даній роботі будуть розглядатися моделювання зміни інтенсивності транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста.

Моделювання - це імітація реальної ситуації деяким видом моделі.

Основна мета моделювання - створення моделі дії та взаємодії елементів системи, яка дозволяє визначити для деяких сполучень проектних умов ефективність або рівень обслуговування системи та одночасно оцінити дії чи взаємодії між певними елементами чи перемінними проекту, що відбуваються в системі.

Останнім часом використовуються аналогові, символічна та математичні моделі, що отримали широкого розповсюдження в теорії транспортного потоку.

Математичні моделі, що знайшли широкого розповсюдження в організації дорожнього руху можна розділити на дві групи в залежності від підходу: детерміновані та ймовірнісні (стахостичні).

До детермінованих відносяться моделі, в основі яких лежить функціональна залежність між окремими показниками. При цьому вважається, що всі автомобілі віддалені один від одного на однакову відстань (рівномірний транспортний потік).

Стахостичні моделі відрізняються більшою об'єктивністю. В них процеси у транспортному потоці вважаються ймовірнісний (випадковий) .

3.1. Детерміновані моделі.

Найпростішою математичною моделлю, що описує потік автомобілів, є так названа спрощена динамічна модель. Її застосовують для визначення максимально можливої інтенсивності руху по одній смузі ділянки вулично-дорожньої мережі при заданій швидкості. У математичному вираженні дана модель має вигляд:

N_{a max} = АV_a/L_д , (13)

де N_{a max} - максимально можлива інтенсивність руху по одній смузі ділянки вулично-дорожньої мережі, авт/год;

А - коефіцієнт розміності;

V_a - швидкість руху автомобіля у потоці, км/год;

L_д - динамічний габарит автомобіля, м.

При вираженні швидкості автомобіля у потоці в кілометрах за годину, а динамічного габариту в метрах, формула (13) є виразом для визначення пропускної здатності смуги:

Р_п = 1000 V_a/L_д , (14)

де Р_п - пропускна здатність смуги руху, авт/год.

Дана математична модель складена на основі двох упрощуючих припущень: швидкість усіх транспортних засобів у потоці однакова, транспортні засоби є однотипними, тобто мають однакові динамічні габарити. Динамічний габарит транспортного засобу визначається як сума довжини транспортного засобу, дистанції безпеки та зазору до зупинившогося попереду автомобіля. Розрахунок динамічного габариту транспортного засобу виконується за наступним виразом:

L_д = l_a + d + l₀ , (15)

де l_a - габаритна довжина автомобіля, м;

d - дистанція безпеки, м;

l₀ - зазор до зупинившогося попереду автомобіля, м.

У результаті вивчення транспортних потоків високої щільності та спеціальних експериментів була запропонована теорія “слідування за лідером”, математичним вираженням якої є мікроскопічна модель транспортного потоку. Мікроскопічною її називають тому, що вона розглядає єлемент потоку - пару слідуючих один за одним автомобілів.

До моделей, що розглядають транспортний потік в цілому (макроскопічні моделі) відносять, наприклад, моделі гідродинамічної теорії. Ці моделі засновані на дослідженні аналогії в поведінці транспортного потоку та потоку рідини. Одна з таких моделей, наприклад, заснована на рівнянні нерорривності, яке обумовлює постійністль кількості рідини при її протіканні по водотоку. В позначеннях, прийнятих для транспортного потоку, та в результаті перетворень та спрощень, інтенсивність транспортного потоку виражається залежністю:

N_a = V_aq_aln(q_{a max}/q_a), (16)

де N_a - інтенсивність транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста, авт/год;

V_a - швидкість руху транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста, км/год;

q_a - щільність транспортного потоку, авт/км;

q_{a max} - максимальна щільність транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста (при заторовій ситуації), авт/км.

Другим прикладом гідродинамічних моделей є модель, яка використовує відоме з гідравліки поняття про потенціал тиску рідини та допускає, що рух автомобіля виражається у вигляді функції деякого потоенціалу тиску, що залежить від дорожніх умов та психофізичного стану водія.

Недоліком даного виду моделей є те, що отримані за їх допомогою данні не є достовірними, а тому вони не можуть використовуватись для описання поведінки транспортного потоку на вулично-дорожній мережі міста при розробці та впровадженні схем організації дорожнього руху у містах.

3.2. Стахостичні моделі.

Для виирішення задач організації дорожнього руху необхідно мати стахостичні характеристики параметрів траспортного потоку на ділянках вулично-дорожньої мережі міст. Дослідженнями встановлено, що для описання транспортних потоків відностно малої інтенсивності, що характеризує вірогідність проїзду певного исла транспортних засобів через переріз дороги, застосовується рівняння (розподілення) Пуасона, яке має вигляд:

, (17)

де P_n(t) - вірогідність проїзду n-го числа автомобілів за час t;

- зупиноний параметр розподілення (інтенсивність транспортного потоку), авт/сек;

t - протяжність періодів спостереження, с;

n - кількість спостерігаємих автомобілів.

Дана модель дає подібність з натуральними спостереженнями для однорідних потоків, головним чином таких, що складаються з легкових автомобілів. При змішаному потоці, а також при дії певних зовнішніх факторів, розподілення Пуасона не дає задовільних результатів.

ВИСНОВОК

В період переддипломної практики було виконано дослідження параметрів транспортного потоку, а також визначено залежності між даними параметрами. Визначено параметри ділянки вулично-дорожньої мережі, обраної для дослідження характеристик транспортного потоку, а також, методом натурних спостережень, підраховано інтенсивність руху транспортних засобів. Результати спостережень зведено до таблиці 1. Було проведено дослідження та аналіз існуючих моделей транспортного потоку. Визначено, що детерміновані моделі не дають оптимальної точності розрахунків, а моделі стахостичні дають більш чіткі результати при їх використанні.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.

1. Дрю: “Теория транспортных потоков и управление ими”, Москва, Транспорт, 1972 г.

2. Вол М., Мартин Б: “Анализ транспортных систем”, 1981 г.

3. Клинковштейн Г.И.: “Методы оценки качества организации дорожного движения”, Москва, 1987 г.

4. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б.: “Организация дорожного движения. Издание четвертое, переработанное и дополненное”, Москва, Транспорт, 1997 г.