CC BY
30
УДК 656.135
К ВОПРОСУ СОБЛЮДЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
© Р.Ю. Лагерев1, С.Ю. Лагерев2
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Чернышевского,15.
Рассмотрены и обобщены вопросы соблюдения национальных стандартов РФ в части выполнения требований обеспечения доступа к дорогам высших категорий. Представлена методология управления въездом на дороги высших категорий, направленная на повышение эффективности обслуживания автомобильных потоков в контексте обеспечения обособленного движения. Рассмотренные в работе методологические основы позволяют оценить и оптимизировать управление автомобильными потоками с позиции недопущения перенасыщения ключевых сегментов автомагистралей, в том числе примыкающих въездов, что позволяет при высоком транспортном спросе максимально снижать вероятность образования автомобильных заторов, включая сетевые. Ключевые слова: автомагистраль; функциональная классификация дорог; непрерывное движение; улицы и дороги прерывного движения; HCM 2010; ГОСТ P 52398-2005; СНиП 2.07.01-89; управление доступом.
PROBLEMS OF HIGHWAYS FUNCTIONAL PURPOSE OBSERVANCE AND METHODS TO IMPROVE THEIR OPERATION EFFICIENCY R.Yu. Lagerev, S.Yu. Lagerev
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074. Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074, Russia.
The issues of Russian national standard observance are reviewed and summarized in terms of meeting the requirements on provision of the access to the roads of higher categories. The methodology of entry control on the roads of higher categories is introduced. It is designed to improve the servicing efficiency of traffic flows by separate motion provision. Methodological bases discussed in the article allow to evaluate and optimize traffic flow control from the perspective of preventing oversaturation in the key segments of highways, including adjacent entries, which considerably reduces the formation probability of traffic congestions including the network ones under high traffic demand. Keywords: highway; functional classification of roads; continuous movement; streets and roads of discontinuous movement; HCM 2010; GOST P 52398-2005; SNiP 2.07.01-89 (construction rules and regularities); access control.
В настоящее время вопросы повышения эффективности функционирования дорог высших категорий принято относить к первостепенным задачам, определяющим функционирование современного общества большинства крупных городов Российской Федерации. Эти ключевые вопросы вышли на уровень Президиума Государственного совета РФ. Так, 8 октября 2014 г. на заседании Госсовета РФ по вопросам совершенствования сети автомобильных дорог президент страны В.В. Путин отметил: «Важное направление - развитие скоростных автомагистралей. Полагаю, что правительству нужно подумать о разработке специальной программы развития скоростных магистралей и о механизмах поддержки таких проектов...» [1] (рис. 1).
Здесь возникает вопрос, который требует тщательного предметного обсуждения: что понимается
под термином автомагистраль. Ответ вроде бы очевиден и дан в национальном стандарте ГОСТ P 523982005: «к классу автомагистраль относятся автомобильные дороги, имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой, не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками, доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях». В этом же документе раскрывается понятие скоростная дорога, отличающаяся от автомагистрали лишь тем, что доступ к последней осуществляется через пересечения в разных уровнях, и примыкания в одном уровне расположены не чаще чем через 5 км [2].
1Лагерев Роман Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: 89149143264, e-mail: [email protected]
Lagerev Roman, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Transport Management and Logistics, tel.: 89149143264, e-mail: [email protected]
2Лагерев Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры путей и путевого хозяйства, тел.: 89245401340, e-mail: [email protected]
Lagerev Sergei, Candidate of technical sciences, Senior Lecturer of the Department of Railroads and Track Facilities, tel.: 89245401340, e-mail: [email protected]
Рис. 1. Заседание Госсовета РФ по вопросам совершенствования дорог (г. Новосибирск, 2014 г.)
Примечателен тот факт, что в соответствии с «Правилами дорожного движения», устанавливающими единый порядок дорожного движения на всей территории РФ, где закреплены права и обязанности всех категорий участников дорожного движения, автомобильная дорога - инженерное сооружение, включающее в себя тротуары, обочины и т.д., - используется и приспособлена для движения не только транспортных средств, но и пешеходов. Следовательно, имеет место расхождение в определениях основных понятий и терминов, принятых в «Правилах дорожного движения» и ГОСТ Р 52398-2005, где термин дорога подразумевает обслуживание только транспортных потоков, а сами «Правила дорожного движения» не распространяются на улицы, поскольку «дорожное движение - совокупность общественных отношений, возникающих в процессе перемещения людей и грузов с помощью транспортных средств или без таковых в пределах дорог» [3]. Отмеченные разногласия в основных понятиях важнейших документов, регламентирующих базовые принципы функционирования транспортных систем городов РФ, требуют незамедлительного решения.
В этом контексте СНиП 2.07.01-89 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» (раздел 6 «Сеть улиц и дорог») четко классифицирует улично-дорожную сеть по функциональному назначению. Согласно этим правилам проектирования магистральная сеть городов должна формироваться непрерывной системой магистральных улиц и дорог, предназначенных для движения преимущественно общественного пассажирского, легкового и частично грузового транспорта [4] (рис. 2).
Кроме того, согласно СНиП 2.07.01-89 в составе улично-дорожной сети выделяются улицы и дороги магистрального и местного значения, а также местные проезды (рис. 3).
Имеются основания считать, что в отечественной классификации автомагистраль по одним правилам может относиться и к дороге, и к улице, основное отличие, как уже было отмечено, заключается в наличии или отсутствии части пешеходного тротуара. По другим - автомагистраль - это наивысший ранг дороги с обособленным непрерывным движением. Имеющее место расхождение в данных терминах и определениях также подтверждает необходимость дальнейшего совершенствования многих российских технических регламентов.
В современных условиях активно развивающейся автомобилизации населения фактические технические возможности магистральных улиц и дорог в большинстве городов полностью не реализованы. Смешанные неуправляемые транспортные потоки на улицах высших категорий практически сглаживают функциональное назначение магистральных улиц и дорог. В случаях, когда магистральные улицы не обеспечивают пропуск насыщенных транспортных потоков, когда интенсивность движения на них достигает пропускной способности, водители транспортных средств начинают использовать для проезда местную сеть улиц. В результате на территориях жилых районов (на улицах низших категорий) и даже внутри микрорайонов (на местных проездах) создается обстановка повышенной дорожной и экологической опасности, и нарушается основной принцип «концепции концентрации потоков» (рис. 4).
Рис. 2. Общая классификация улиц и дорог высших категорий (по СНиП 2.07.01-89)
в
Рис. 3. Классификация по СНиП 2.07.01-89: а - магистральных улиц районного значения; б - улиц и дорог местного значения; в - проездов
Категория дороги, улицы Рис. 4. Концепция концентраций транспортных потоков
Существующая дифференциация магистральных улиц и дорог по ограничению доступа к ним, специализация проезжих частей в настоящее время носят фрагментарное отражение транспортной обстановки, не отвечают требованиям системного управления движением и пропуска насыщенных транспортных потоков. В теоретических положениях развития магистральной улично-дорожной сети имеют место серьезные методические упущения и расхождения, что является следствием различного понимания существа рассматриваемых проблем, размытости методических рекомендаций и, как следствие, несовершенной организацией учебного процесса и слабой профессиональной подготовки выпускников по смежным направлениям.
В действующей нормативной документации по проектированию дорог высших категорий заложен основной принцип их функционирования: обеспечение обособленного и безопасного движения транспортного потока. Все это можно обеспечить лишь выполняя требования проектных норм и правил, и в том числе в части условий по организации ограничений въезда на них (см. рис. 4). В зарубежной практике проектирование улиц и дорог ограничение въезда часто является заранее предусматриваемым условием при разработке их детальной планировки. Условия ограничения въезда на дороги определяют значения средних скоростей движения основного потока. По данным моделирования, средние скорости потока на городских магистральных улицах при управляемом въезде превышают соответствующие средние значения скоростей на 5-25% по сравнению с условиями неограниченного въезда.
Особое внимание вопросам доступа к дорогам, обслуживающим непрерывное движение, уделяется в последнем издании Highway Capacity Manual 2010 (HCM-2010) («Руководство по оценке пропускной способности дорог 2010»), где представлена североамериканская классификация дорог, критерии и методы оценки их функционирования [5]. В понимании зарубежных специалистов классифицировать дороги по функциональному назначению необходимо с учетом обеспечения условий движения транспортных потоков
на них. Так, например, в отмеченном выше документе улицы и дороги принято классифицировать по условиям прерывного и непрерывного движения. При этом дороги непрерывного движения должны обеспечивать транспортную связь между основными жилыми и промышленными районами, общественными центрами, а также с другими магистральными улицами, городскими и автомобильными дорогами с устройством полной или частичной изоляции основных транспортных потоков от местного движения. Такой подход рассматривается как наиболее эффективный способ обеспечения высоких скоростей движения и требуемой безопасности взаимодействия автомобильных потоков.
В Manual on Uniform Traffic Control Devices (MUTCD) («Руководство по средствам технического регулирования дорожного движения») отмечены особенности применения различных средств ограничения въезда (доступа) на рамповые развязки, установка которых приводит к следующим ожидаемым результатам [6]:
- значительное снижение задержки транспортных средств, движущихся по автомагистрали, путем их «перекладывания» на рамповые потоки по причине увеличения времени их обслуживания на рампе, а также за счет повышения перепробега транспортных средств по альтернативным маршрутам;
- возникновение необходимости обеспечения дополнительного пространства для транспортных средств, скапливающихся на рампе, а также наличия альтернативных путей проезда с соответствующей пропускной способностью.
Управление въездами на автомагистрали принимается как наиболее эффективный способ сохранения требуемой плотности и интенсивности движения в контексте обеспечения соответствующего уровня безопасности движения в зоне слияния транспортных потоков. В общих чертах основной принцип управления въездом сводится к решению некоторой задачи регулирования потоков въезда на автомагистраль. Реализация соответствующих управляющих механизмов предполагает на сегодняшний день использование в первую очередь локального управления (рис. 5).
Рис. 5. Локальное управление въездом на автомагистраль
В зарубежной практике управления въездом широкое распространение получил локальный метод Asservissement LIN'eaire d'Entr'ee Autorouti'ere (ALINEA), реализуемый в следующей общей постановке:
r(k ) = r (k-1) + Kl-Ps), где r(k) - оцениваемое значение оптимальной величины потока вливания; K - управляющий параметр; р - оцениваемая величина плотности транспортного потока на рассматриваемом сегменте, р* - базисная величина плотности транспортного потока, P* - р - ошибка сходимости значений плотности.
Вместе с тем вполне очевидно, что при возникновении и распространении транспортного затора по автомагистрали возникает необходимость реализации системного управления входящими на автомагистраль транспортными потоками. Решить такую задачу можно только при наличии информации о существующем транспортном спросе, получать которую необходимо в режиме реального времени с учетом возможных ошибок подсчетов в данных, а также длины транспортного коридора, время проезда по которому может превышать анализируемые интервалы времени.
Группа научных сотрудников НИЛ «Урбанистика», являющейся структурным подразделением кафедры
менеджмента и логистики на транспорте ИрНИТУ, задались целью разработать системный алгоритм адаптивного управления транспортным спросом на магистральных улицах и дорогах. При разработке алгоритма исходили из того, что при использовании системы управления доступом в качестве основного условия повышения эффективности функционирования улично-дорожных сетей является обеспечение согласования характеристик прибытия и убытия транспортных средств с примыкающих рамп. При этом получаемые управляющие воздействия должны максимально исключить вероятность образования транспортного затора на основных сегментах автомагистрали (рис. 6).
Алгоритм управления транспортным спросом сведен к решению задачи квадратичного программирования, в целевую функцию которой входят значения загрузки основных сегментов магистрали на всем протяжении изучаемого участка сети. В качестве оцениваемых переменных принимаются значения оптимальных объемов въезда транспортных потоков с примыкающих рамп при недопущении перегрузки основных сегментов магистрали и минимизации длин очередей, образующихся на примыкающих рампах (рис. 7).
Рис. 6. Дифференциация автомагистрали на сегменты (по HCM-2010)
Рис. 7. Реализация управляющего алгоритма в пакете Matlab
Необходимо отметить очевидное преимущество предлагаемого алгоритма, поскольку в режиме реального времени можно найти локальный минимум, обеспечивающий оптимальные значения потоков насыщения магистрали. При этом алгоритм позволяет оценить ситуацию системно и обладает значительной эластичностью, другими словами, способен быстро подстроиттся под изменения транспортного спроса на примыкающих рампах и может быть рекомендован как эффективный инструмент предупреждения транспортных заторов на дорогах высших категорий. Дозирование величин входящих потоков предлагается реализовать с применением светофорного регулирования (светофор типа Т.8) в следующей известной постановке [7]:
С • Сг & ,
где д, - длительность обслуживания рамповой полосы, с; с, - величина пропускной способности ¡-й рампы,
авт./ч; С, - величина длительности цикла режима регулирования на ¡-й рампе, с; в, - величина допустимого «потока въезда» на автомагистраль, авт./ч.
Таким образом, на современном этапе управления магистральными улицами организация удобных транспортных связей между смежными районами, а также изоляция транзитных внутригородских автомобильных потоков от жилой застройки являются приоритетными задачами в области транспортно-градостроительного проектирования. Необходимо не только обеспечить соответствие между пропускной способностью улично-дорожной сети и объемами транспортных потоков, но и добиться приемлемого технического решения магистралей, уровня их оборудования, обеспечивающего благоприятные условия движения транспортных средств (однородность потока, обособление транспортного движения, оптимальную скорость и безопасность движения на примыкающих рампах).
Статья поступила 19.03.2015 г.
Библиографический список
1. Президиум Госсовета по вопросам совершенствования сети автодорог // Официальный сайт администрации Президента Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: http://news.kremlin.ru/news/46754 (10 марта 2015).
2. ГОСТ P 52398-2005. Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования // ГОСТ. Эксперт. Единая база ГОСТов РФ [Электронный ресурс]. URL: http://gostexpert.ru/gost/gost-52398-2005 (10 марта 2015).
3. Правила дорожного движения 2015 года // ПДД России 2015 года [Электронный ресурс]. URL: http://www.xn/8sbka1akndeg.com/pdd/p1 (10 марта 2015).
4. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений // ГАРАНТ. Инфор-
мационно-правовой портал [Электронный ресурс]. URL: http://base.garant.ru/2305985/ (10 марта 2015).
5. Highway Capacity Manual 2010 (HCM 2010). Transportation Research Board, National Research Council. Washington D.C., USA, 2010 [Электронный ресурс]. URL: http://hcm.trb.org/ (10 марта 2015).
6. Manual on Uniform Traffic Control Devices (MUTCD) [Электронный ресурс]. URL: http://mutcd.fhwa.dot.gov/ (10 марта 2015).
7. Зедгенизов А.В. Лагерев Р.Ю. Влияние режима работы светофорной сигнализации на пропускную способность остановочных пунктов // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2011. № 1 (1). С. 38-44.
УДК 656.073
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРУЗОВЫХ МАТРИЦ КОРРЕСПОНДЕНЦИЙ ГРАВИТАЦИОННЫМ И ЭНТРОПИЙНЫМ МЕТОДАМИ
© О.А. Лебедева1, Д.В. Антонов2
Ангарская государственная техническая академия, 665835, Россия, Иркутская обл., г. Ангарск, ул. Чайковского, 60.
Дан обзор основных моделей в области математического моделирования грузовых матриц корреспонденций. Математические модели, применяемые для анализа транспортных сетей, весьма разнообразны по решаемым задачам, математическому аппарату, используемым данным и степени детализации процедур. Дать исчерпывающую классификацию всех моделей не представляется возможным, поэтому в данной статье рассмотрены лишь модели восстановления корреспонденций гравитационным и энтропийным методами.
Ключевые слова: грузовые перевозки; математические модели; восстановление грузовых матриц корреспонденций; грузовые потоки; моделирование.
MODELING FREIGHT CORRESPONDENCE MATRICES BY THE GRAVITY AND ENTROPY METHOD O.A. Lebedeva, D.V. Antonov
Angarsk State Technical Academy,
60 Chaikovsky St., Angarsk, Irkutsk region, 665835, Russia.
1Лебедева Ольга Анатольевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры управления на автомобильном транспорте, тел.: 89526326611, e-mail: [email protected]
Lebedeva Olga, Candidate of technical sciences, Senior Lecturer of the Department of Motor Transport Management, tel.: 89526326611, e-mail: [email protected]
2Антонов Дмитрий Владимирович, студент, тел.: 89041505599, e-mail: [email protected] Antonov Dmitry, Student, tel.: 89041505599, e-mail: [email protected]
