К.т.н.,
профессор Интыков Т.С.
Карагандинский
Государственный Технический Университет, Караганда, Казахстан.
Д.т.н.,
профессор Тимухина Е.Н.
Уральский
государственный университет путей сообщения, Екатеринбург, Россия.
Магистр,
докторант Балабекова К.Г.
Карагандинский
Государственный Технический Университет, Караганда, Казахстан.
Влияние мобильного
автомобильного путепровода на дорожные заторы
В мире давно существует проблема
автомобильных пробок (или дорожных заторов). И в
больших городах Казахстана столкнулись с этой проблемой. По данным различных источников за период с 2003 по
2016 годы количество легковых автомобилей
в Казахстане возросло более чем в 3 раза.
Причиной
возникновения пробок на дорогах является повышение плотности потока
автомобилей. В результате движения большого
потока машин пропускная способность дороги снижается, что приводит к возникновению
автомобильных пробок (или дорожных заторов).
В мире было
проведено очень много исследований и разработана ряд нормативных документов,
являющихся базой для расчета плотности потока и других параметров. К ним
относятся исследования Полякова А.А., Загородникова Г.Д., Владимирова В.А.,
Межсена Т.И., формулы Владимирова В.А. и Ф.В. Вебстера [1]. Ими перечислены
наиболее значимые научные результаты и практические положения по дорожному
движению автотранспорта на перекрестках.
Рассмотрим
четырехсторонний перекресток (рисунок 1). Перекресток оснащен четырьмя
светофорами. Движение происходит по горизонтальной улице 2-4 и вертикальной
1-3.
Рисунок 1 – Четырехсторонний перекресток
N1, N2,
N3, N4 – количество машин, проезжающих перекресток за
цикл; а, б, с, д – светофоры; л, п, н – индексы, обозначающие движение
автотранспорта налево, прямо и направо. Тзл, Тж, Тк
– время горения зеленого, желтого и красного сигналов светофора соответственно.
Время проезда обозначается буквой t с символом улицы выезда и направлением
движения.
Время проезда через перекресток связано со скоростью проезда:
,
где L – длина проезда.
Количество проехавших автомобилей будет
зависеть от соотношения их габаритов (грузовые и легковые авто). Эту величину 
необходимо определять
статистически с учетом коэффициента приведения:
,
где
или 
среднеквадратические
отклонения вероятности проезда грузовых и легковых автомобилей.
Определим время цикла Тц проезда легковых nл и грузовых nг автомобилей:
,
где 
и 
соответственно время
проездаа легковых и грузовых автомобилей.
При дальнейших исследованиях, основываясь на полученных зависимостях и коэффициентах приведения, можно учесть длину транспортных средств.
Далее определим количество проезжающих машин за полный цикл по горизонтальной и вертикальной улицам.
Количество машин пересекших перекресток с улицы 1 рассчитывается по следующим формулам:
(1)
(2)
(3)
Смысл уравнения (3) заключается в том, что количество машин, поворачивающих налево, зависит от суммы времени, остающегося свободным от проезда машин прямо на зеленый сигнал светофора и времени горения желтого сигнала.
Уравнения составлены с допущением, что
поворот направо и движение прямо происходят одновременно. В этом уравнении в
случае необходимости можно учесть вариант с пропуском при повороте налево с
улицы 1 машин, двигающихся направо с улицы 3 (в зависимости от того, какой
поток (
или 
)). В случае учета движения направо:
или в общем случае
В данном случае общее количество проезжающих транспортных средств во время установки мобильного путепровода будет составлять:
,
где 
- общее количество
проезжающего транспорта за один цикл.
Полученная зависимость определяет максимальное количество транспорта, который может проехать перекресток, и может быть использована для экологических расчетов.
Для использования полученной зависимости необходимо вводить граничные условия, отражающие конкретные условия движения. Кроме того математическая модель должна учитывать вероятностные зависимости.
В соответствии с положениями теории вероятности поворот автомобиля налево описывается произведением условий вероятности первого события на вероятность второго события.
Условная вероятность в нашем случае описывается зависимостью:
,
а произведение вероятности:
Нам известно, что интенсивность зависит от времени суток, времени года, рабочих и выходных дней, когда она меняется случайным образом.
Изменение интенсивности дорожного движения
приводит к дорожным заторам, при
образовании которых значительно (до 20 раз и более) снижается пропускная
способность участка дороги. Если прибывающий поток транспорта превышает
пропускную способность участка дороги, затор растёт лавинообразно [1].
Проблема пробок на дорогах требует решения - чем скорее, тем лучше как для отдельного человека, чье время тратится впустую, так и для экономики страны в целом.
Для уменьшения дорожных заторов можно построить развязки, для возведения которых требуются отдельно отведенные места, а также определенное количество финансов.
Для решения данной проблемы нами предлагается конструкция, которая сократит расходы на строительство огромных путепроводов и развязок, а также не требует большой площади дороги. Мобильный путепровод будет быстро собираться на перекрестке в часы пик, во время каких–либо общественных мероприятий и чрезвычайных событий. Мобильный путепровод состоит из горизонтальных модулей, оснащенных колесным ходом и выдвижными опорами. В случае необходимости модули транспортируются к перекрестку и связываются между собой захватами в единую конструкцию. При этом выдвижные опоры опирают на основание.
Мобильные путепроводы в отличие от военных мостоукладчиков должны удовлетворять условиям дорожного движения: высота проезда под ними более 4,5 м, ширина транспортной полосы в одном направлении не менее 3,5 м [1].
Собранная конструкция позволяет осуществлять движение части автотранспорта над перпендикулярной дорогой, и его использования на различных перекрестках, т.к. его размеры регулируются количеством модулей (рисунок 2).
Рисунок 1 – Мобильный путепровод сверху
Во время установки мобильного путепровода автомобили могут продолжить свое движение во всех направлениях, кроме поворота налево. Транспортные средства, которым необходимо выполнить поворот налево, осуществляют его на следующем перекрестке. В связи с этим по формуле (3) у мобильного путепровода большая пропускная способность.
Список литературы:
1. Vasilyeva G.U. Methods to minimize transport delay on the main road network of cities of Ukraine: the dissertation of the candidate of technical sciences: 05.23.20. G.U Vasilieva. K., 2007. 136 p. (in Ukrainian).
2. Кадыров А.С., Балабекова К.Г. Исследование работы конструкций мобильного путепровода. Международная научно – практическая конференция «Интеграция науки, образования и производства – основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения №7). Часть 2. 2015г. с. 241-243.