Моделирование проезда перекрестка

     Для достижения поставленной цели необходимо исследовать влияние факторов из выше приведенных групп на время движения легковых автомобилей.

     Движение  автомобилей осуществляется по существующей улично-дорожной сети. Всю трассу маршрута движения автомобилей можно разбить на две составляющие:

• перегоны;
• перекрестки улично-дорожной сети.

     Данное  деление трассы маршрута целесообразно, вследствие различных условий движения на этих составляющих. прегонах автомобили двигаются без существенного изменения направления движения в потоке транспортных средств. На перекрестках возможно изменение направления движения автомобилей, что может существенным образом повлиять на скорость их движения. Кроме того, на перекрестках автомобиль может вступать во взаимодействие с транспортными потоками конфликтующих направлений, что также может сказаться на времени проследования перекрестков. Более того, перекрестки являются местами концентрации дорожно-транспортных происшествий [12, 14], и водитель обязан выбирать соответствующие режимы движения, чтобы не допустить возникновения данных происшествий.

     Участки маршрута следования автомобилей между  перекрестками можно дифференцировать по условиям движения на следующие  составляющие:участки с двухсторонним  движением; участки с односторонним  движением.

     Необходимость такого деления связана с тем, что улицы с односторонним  движением облегчают перемещение  транспортных потоков за счет того, что исключается влияние на условия  движения встречных потоков транспорта, уменьшаются противоречия между  интересами водителей и пешеходов. При этом более эффективно используются все полосы движения [14]. 

     Рис Факторы, влияющие на время следования транспортных средств через соответствующие  элементы трассы маршрута 

     Перекрестки улично-дорожной сети при исследовании времени движения автомобилей также целесообразно разбить на две группы:

• регулируемые перекрестки;
• нерегулируемые перекрестки.

     На  перекрестках данных видов существуют различные условия движения транспортных средств. Функционирующие технические средства регулирования дорожного движения определяют порядок движения транспортных средств, которые в свою очередь могут влиять на режим движения автомобиля. Кроме того, каждую из этих групп перекрестков необходимо разбить на подгруппы в зависимости от направления движения автомобиля:

• с движением прямо;
• с поворотом направо;
• с поворотом налево.

     Необходимость создания этих подгрупп обосновывается тем, что в зависимости от направления движения автомобиля происходит различное количество ответвлений, слияний и пересечений транспортного потока, в котором он двигается, и конфликтующих транспортных потоков [14,15,16]. Наименьшие помехи для движения наблюдаются при ответвлениях. Они могут вызывать лишь некоторое снижение скорости движения автомобиля при выходе его из транспортного потока прямого направления. Значительно большие помехи возникают при слиянии транспортных потоков. Кроме замедления движения автомобиля появляется и опасность столкновения, что также накладывает определенный отпечаток на режим движения автомобилей. Наибольшие сложности связаны с пересечением, так как вероятность столкновения здесь наиболее значительна.

     На  следующем этапе возникает необходимость  в выделении факторов различных  групп, приведенных в зависимости 2.1, влияние которых на время движения автомобиля необходимо исследовать.

     A.A. Френкель рекомендует при отборе  включенных на рассмотрение факторов  соблюдать следующие условия  [17]:

• перечень охватываемых изучением факторов необходимо обосновать теоретически;
• перечень должен включать в себя важнейшие факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на изменение объекта;
• перечень не следует делать слишком обширным, но он должен описывать функцию по возможности во всех аспектах;
• факторы не должны находиться между собой в функциональной связи, так как существование функциональной и близких к ней связей между факторами показывают, что они характеризуют одну и ту же сторону изучаемого явления. Включать в модель из двух связанных факторов нужно тот, который оказывает в уравнении регрессии наибольшее влияние;
• требуется установить область определения факторов;
• необходимо учитывать условия изменения факторов во времени.

     С использованием этих рекомендаций были выбраны факторы, оказывающие наибольшее влияние на время движения автомобилей.

     В качестве параметров, характеризующих автомобиль, можно выделить следующие:

• ширина автомобиля;
• удельная мощность двигателя;
• количество людей в салоне автомобиля.

     Ширина  автомобиля может влиять на возможность его маневрирования в транспортном потоке. Удельная мощность двигателя может выступать в качестве фактора, характеризующего динамические качества автомобиля [18,19]. Количество людей в салоне определяет полную массу автомобиля, что в свою очередь влияет на скорость его движения.

В качестве параметров, характеризующих водителя, можно принять:

• возраст водителя;
• водительский стаж.

     Опыт  и мастерство водителя так же влияют на скорость движения автомобилей [5]. В качестве показателей, оценивающих эти качества, можно использовать возраст водителя и его водительский стаж. Первый показатель может определять продолжительность фаз функционального состояния организма водителя, а второй — определяет уровень мастерства вождения.

     Ряд факторов, характеризующих дорожные условия движения автомобилей, может быть общим для участков маршрута и перекрестков, а другие будут различные в виду особенностей движения на этих элементах трассы маршрута. К общим факторам можно отнести следующие:

• расстояние видимости дорожного покрытия;
• коэффициент сцепления колеса с дорогой.

     Условия видимости, существенно влияющие на скорость движения [12,13], возможно оценить расстоянием видимости дорожного покрытия [18,19,20]. Коэффициент сцепления, определяемый типом и состоянием покрытия дороги, также существенно влияет на скорость движения автомобилей [5,9].

     К факторам, характеризующим дорожные условия движения автомобилей на участке маршрута, можно отнести:

• длину участка;
• количество полос движения в направлении следования;
• скорость транспортного потока в направлении следования;
• интенсивность движения транспортных средств в направлении следования.

     Длина участка маршрута между перекрестками определяет тот промежуток времени, в течение которого автомобиль сможет двигаться с максимально возможной скоростью. Количество полос движения может определять возможность маневрирования автомобиля в потоке транспортных средств. Скорость транспортного потока в направлении движения является интегральным показателем. На ее значение влияет состав транспортного потока, тип и состояние покрытия дороги, степень ровности и продольный профиль дороги, план трассы [11]. Скорость транспортного потока и интенсивность движения транспортных средств на участке может определять возможность возникновения помех движению автомобиля со стороны других транспортных средств.

     Для перекрестков можно выделить следующие факторы, характеризующие условия движения:

• количество полос движения на основной дороге;
• количество полос движения на пересекаемой дороге;
• интенсивность движения на основной дороге;
• интенсивность движения на пересекаемой дороге.

     Количество  полос движения на основной и пересекаемой дороге определяют геометрические размеры перекрестка, которые также влияют на возможность маневрирования при движении на перекрестке. Интенсивность движения на перекрестке, как и в случае участка маршрута, может определять возможность возникновения помех движению автомобиля.

     Для регулируемых перекрестков дополнительно целесообразно выделить еще два фактора:

• длительность цикла светофорного регулирования;
• длительность зеленого сигнала светофора в направлении движения автомобиля.

     Данные  факторы могут определять вероятность преследования автомобиля через перекресток на разрешающий сигнал светофора. Все факторы, рассмотренные ранее и принятые для исследования, составляют только часть группы дорожных факторов. Оставшуюся часть факторов конкретизировать достаточно сложно ввиду случайности их возникновения. Это транспортные "пробки", пешеходные переходы, трамвайные остановки и другие случайно возникающие помехи. Данные факторы будут определять закон распределения фактической скорости движения автомобиля на участке маршрута и перекрестке [11]. Вследствие этого, возникает необходимость в определении законов распределения фактических скоростей движения автомобилей на элементах трассы маршрута.

     Экспериментальные исследования проводились в городах  Харьков, Луганск, Одесса. Водителю исследуемого автомобиля ставилась задача проехать между двумя пунктами в городе. Перед началом движения в учетной  карточки фиксировались параметры  водителя и транспортного средства. При движении автомобиля с использованием диктофона голосом на магнитной ленте фиксировался ряд параметров. Для каждого участка маршрута следования между перекрестками:

• момент времени въезда на участок (пересечение створа предыдущего перекрестка);
• наименование улицы или ориентира на пути следования;
• тип и состояние покрытия;
• расстояние видимости дорожного покрытия;
• момент времени выезда с участка (пересечение створа последующего перекрестка).

Для каждого перекрестка маршрута:

• момент времени выезда на перекресток (пересечение его створа);
• характер движения (прямо, направо, налево);
• тип и состояние покрытия;
• расстояние видимости;
• момент времени выезда с перекрестка (пересечение его створа).

     После прибытия в конечный пункт маршрута в карточке обследования фиксировалось время прибытия, наименование объекта и показание спидометра при прибытии.

     Для каждого участка и перекрестка маршрута определялись параметры, характеризующие дорожные условия движения Для определения интенсивности движения транспортных средств использовались данные Управления ГАИ МВД Украины, кафедры транспортных систем Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, а также собственные исследования, выполненные по ранее опубликованной методике [1]. Таким образом, после обработки результатов обследования были получены данные о времени проследования каждого участка маршрута, каждого перекрестка и условия движения по ним.

     С использованием полученных результатов  можно разработать модели изменения времени движения автомобилей по участкам маршрута и пересечения перекрестков, что в свою очередь позволит провести моделирование процесса следования автомобилей между районами города и определить функцию выбора водителями пути следования. 
 

4.3. Определение законов  распределения параметров движения автомобилей 

     Для оценки влияния на скорость движения автомобилей случайных факторов, не фиксируемых в процессе обследования, возникает необходимость в определении законов распределения фактической скорости движения на элементах маршрута. Однако, по данным результатам обследования, возможно определение скорости движения автомобилей только на участках маршрута между перекрестками, так как имеется информация о длинах участков и времени движения на них. Для перекрестков однозначное определение скорости движения представляет собой существенную трудность. Это связано с тем что при движении через перекресток сложно определить траекторию движения, которая может быть различной вследствие влияния транспортных потоков конфликтующих направлений.

     В связи с этим при проведении исследований для участков маршрута определились законы распределения скорости движения и ее среднеквадратического отклонения, а для перекрестков времени движения.