ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДЕМІШКАН ВОЛОДИМИР ФЕДОРОВИЧ

УДК 625.7/8.003.1

УДОСКОНАЛЕННЯ УПРАВЛІННЯ СТАНОМ

АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ ЗА УМОВ

ОБМЕЖЕНИХ РЕСУРСІВ

05.22.11 – Автомобільні шляхи та аеродроми

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2000

Дисертація є рукописом.

Роботу виконано на кафедрі будівництва та експлуатації автомобільних доріг Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент Прусенко Євген

Дмитрович, Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, завідувач кафедри будівництва та експлуатації автомобільних доріг.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор Савенко Вячеслав Яковлевич, Український транспортний університет, завідувач кафедри будівництва та експлуатації автомобільних доріг (м. Київ);

кандидат технічних наук Гончаренко Федір Петрович, Державна корпорація по будівництву, ремонту та утриманню автомобільних доріг “Укравтодор”, начальник науково-технічного управління (м. Київ).

Провідна установа: | Харківська державна академія міського господарства Міністерства освіти та науки України.

Захист дисертації відбудеться “20” квітня 2000 р. о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.059.01 Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету (61002, Україна, м. Харків, вул.Петровського, 25).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету (61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25).

Автореферат розісланий “20 ” березня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент О.В. Космін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Ефективність експлуатації автомобільного транспорту та безпека руху в значній мірі залежить від стану автомобільних доріг. За останні роки внаслідок суттєвого скорочення фінансування дорожнього господарства України стан автомобільних доріг помітно погіршився. Скоротилися обсяги будівництва нових доріг, на перше місце вийшли роботи з їх експлуатації.

Особливістю експлуатації автомобільних доріг на сучасному етапі розвитку дорожнього господарства є гострий дефіціт фінансових ресурсів. За таких умов задача удосконалення управління станом автомобільних доріг набуває особливої актуальності.

Системи управління станом автомобільних доріг розробляються в багатьох країнах світу біля тридцяти років. Про актуальність цієї проблеми в сучасних умовах свідчить постійне удосконалення системи Світового банку НDМ, останній модіфікації якої приділялась велика увага на ХХ Міжнародному дорожньому конгресі (Малайзія, 1999 рік).

Основу всіх відомих систем складають моделі прогнозування транспортньо-експлуатаційного стану автомобільних доріг, які повинні враховувати особливості експлуатації та економічний стан країни. Тому для умов України відомі системи неефективні. Таким чином, удосконалення управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів є актуальною науковою задачею, що має велике практичне значення .

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до планів науково-дослідних робіт Державної корпорації “Укравтодор” на 1997-1999 роки.

Метою дослідження є удосконалення управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів на основі аналізу закономірностей зміни стану автомобільних доріг в сучасних умовах експлуатації.

Задачі дослідження:

1. Визначення основних закономірностей зміни транспортно-експлуатаційного стану автомобільних доріг в сучасних умовах експлуатації.

2. Розробка системи управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів.

3. Обгрунтування методики оптимізації розподілу обмежених ресурсів на експлуатацію автомобільних доріг.

4. Виробнича перевірка та оцінка економічної ефективності удосконалення управління станом автомобільних доріг.

Наукова новизна отриманих результатів:

- виявлено закономірності зміни за часом основних показників транспортно-експлуатаційного стану автомобільних доріг в сучасних умовах експлуатації;

- запропоновано математичні моделі деградації міцності нежорстких дорожніх одягів та рівності дорожніх покриттів, які враховують суттєве погіршення стану доріг внаслідок несвоєчасних ремонтів за умов обмежених ресурсів на дорожні роботи;

- розроблено основи системи управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів на дорожні роботи;

- обгрунтовано принципи, критерії та методику оптимізації розподілу обмежених ресурсів на експлуатацію мережі автомобільних доріг регіону.

Практичне значення отриманих результатів:

- удосконалення управління станом автомобільних доріг дає можливість оптимізувати розподіл обмежених ресурсів на експлуатацію мережі доріг, зберегти дороги від передчасного руйнування; забезпечує зменшення транспортних витрат та підвищення безпеки дорожнього руху;

- апробацію системи управління станом автомобільних доріг здійснено в 1998-1999 роках в Луганському облавтодорі Державної корпорації “Укравтодор” на мережі доріг загального користування довжиною 6242,8 км. Відповідно до розрахунків з оптимізації розподілу обмежених ресурсів внесено корективи до плану ремонтних робіт Облавтодору на 143 ділянках доріг (72 % річного плану). Потенційний ефект в економіці області становить близько 35 млн. грн. на рік.

Особистий внесок здобувача:

- розроблено структурну схему системи управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів;

- за результатами польових випробувань визначено закономірності та запропоновано математичні моделі деградації міцності нежорстких дорожніх одягів та рівності дорожніх покриттів в процесі експлуатації автомобільних доріг;

- обгрунтовано принципи та критерії оптимізації розподілу обмежених ресурсів на експлуатацію мережі доріг регіону.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях: “Транспорт + Логістика” (м. Київ, 1999 р.), “Проблеми теорії та практики становлення соціально-орієнтованої ринкової економіки” (м. Харків, 1999 р.); республіканській науково-технічній конференції “Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми та шляхи розвитку” (м. Київ, 1998 р.); всеросійській науково-технічній конференції “Актуальні проблеми дорожньо-транспортного комплексу Росії” (м. Сочі, 1999 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 9 наукових робіт (в тому числі 6 статей в журналах та збірках наукових праць та 3 тези доповідей в матеріалах науково-технічних конференцій).

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури з 139 найменувань на 12 сторінках та 4 додатків на 32 сторінках. Містить 128 сторінок основного тексту, на яких 37 рисунків і 24 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, наведено основні наукові результати, що отримані автором, визначено їх практичне значення та реалізацію.

У першому розділі наведено аналіз сучасних умов експлуатації автомобільних доріг України, огляд і аналіз розвитку методів управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг та принципів оптимізації розподілу обмежених ресурсів при експлуатації доріг.

Визначено, що в останні роки дорожнє господарство України фінансується на 20 % від необхідного. За таких умов головним є збереження мережі доріг, запобігання швидкому погіршенню їх стану експлуатаційними заходами. Тому оптимальне використання обмежених ресурсів на стадії експлуатації автомобільних доріг має в сучасних умовах велике практичне значення.

Дослідженню методів управління станом автомобільних доріг присвячені роботи О.К. Біруля, О.П. Васильєва, О.П. Алексієва, С.І. Андрєєва, Ф.П. Гончаренка, І.О. Золотаря, С.С. Кизими, М.С. Коганзона, О.А. Красікова, Г.Є. Ліпського, М.М. Лихоступа, С.Г. Миховича, В.П. Носова, Д.О. Павлюка, В.К. Пашкіна, Є.Д. Прусенка, Б.С. Радовського, В.Я. Савенка, В.В. Сільянова, Ю.В. Слободчикова, М.С. Стороженка, В.В. Філіппова, А.Я. Ерастова, Х. Вайлера, Ц. Кейроса, В. Патерсона, Н. Робертсона, Р. Хааса, К. Хована, В. Хедсона, Г. Шоенберга та інших вчених. За результатами досліджень в багатьох країнах світу розроблено системи управління станом доріг, основу яких складають модель прогнозування транспортно-експлуатаційного стану доріг та економіко-математична модель оптимізації розподілу ресурсів на дорожні роботи.

На підставі аналізу систем управління станом доріг (PMS, HDM-III, HDM-4 та інші) виявлено, що більшість країн має власні моделі прогнозування стану доріг, які враховують особливості в кліматичних умовах експлуатації, конструкціях дорожніх одягів, транспортних навантаженнях, ефективності експлуатаційних заходів. Найчастіше такі моделі грунтуються на результатах спостережень за станом доріг і не мають відповідної наукової основи. Відомі моделі не в повній мірі враховують особливості експлуатації автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів, коли ремонтні роботи виконуються несвоєчасно і не в повному обсязі, а стан доріг наближається до критичного. Таким чином, для розробки моделі прогнозування необхідно виконати дослідження закономірностей зміни основних показників транспортно-есплуатаційного стану доріг в сучасних умовах експлуатації.

Загальні принципи оптимізації розподілу ресурсів у великих системах розроблено академіком Л.В. Канторовічем. Подальший розвиток проблеми оптимізації управління набули в роботах Є.А. Берзіна, В.Г. Болтянського, Є.С. Вєнцєль, Р. Габасова, М.В. Гамкрелідзе, А.А. Грешілова, В.І. Гурмана, Ю.П. Іванова, Ф.М. Кіріловой, В.Ф. Кротова, Н.Н. Моісєєва, В.Д. Ногіна, В.В. Подіновського, Л.С. Портнягіна, Р.Г. Стрончина, К.В. Тараканова, В.В. Федорова, В.В. Федосєєва, Р. Акофа, М. Аоки, А. Брайсона, Л. Ледсона, Дж. Моудера, Т. Саати, М. Сінгха, А. Татли, П. Фишберка, Хо Ю-ши, Ч. Хоува, С. Елмаграба та інші вчених.

Стосовно оптимізації розподілу обмежених ресурсів на дорожні роботи найбільш відомі роботи вчених СНД, які переважно присвячені розробці методики планування ремонтних робіт при обмежених ресурсах.

Вперше таку методику запропонував С.С. Кизима. Вибір оптимального варіанту ремонтних робіт за обмеженнями по ресурсам здійснювався за критерієм мінімальних витрат на ремонт і утримання доріг, перевезення вантажів та пасажирів. Такий підхід є найбільш вірним при плануванні робіт з експлуатації доріг як частини дорожньо-транспортної системи. Але закономірності зміни стану доріг, що складають основу моделі прогнозування, потребують уточнення, оскільки в сучасних умовах експлуатації стан доріг замітно погіршився.

За результатами багаторічних досліджень російських вчених під керівництвом О.П. Васільєва, розроблено систему планування дорожньо-ремонтних робіт за умов обмежених ресурсів, яка дає можливість визначити на мережі доріг ділянки, що підлягають ремонту, вид ремонтних робіт, черговість їх виконання та вартість. В основу визначення пріоритетів дорожньо-ремонтних робіт покладено впроваджену в Росії та деяких країнах СНД систему діагностики стану доріг за показниками забезпеченності розрахункової швидкості, які в Україні не використовують. Крім того, умови експлуатації доріг в наших країнах дещо відрізняються.

Отже існуючі методи і системи управління станом доріг потребують удосконалення з урахуванням особливостей експлуатації автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів. За результатами аналізу стану питання сформульовані мета та задачі досліджень.

У другому розділі виконано теоретичний аналіз особливостей управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів, розроблено структурну схему системи управління станом доріг, обгрунтовано закономірності зміни стану доріг та запропоновано методику розподілу ресурсів на експлуатацію мережі доріг.

Управління станом автомобільних доріг здійснюється на стадіях будівництва (реконструкції) та експлуатації (рис. 1). На стадії будівництва (реконструкції) забезпечуються параметри технічного рівня дороги (ТР): ширина проїзної частини (В), ширина узбіччя (в), ширина укріпленої смуги узбіччя (ау), повздовжній похил (і), радіуси кривих в плані та профілі (R), відстані видимості (Lв) та інші.

Рисунок 1 – Схема управління станом автомобильных дорог

На стадії експлуатації управління станом доріг здійснюється шляхом виконання робіт з капітального, середнього, поточного ремонтів, утримання доріг та реалізації заходів з безпеки дорожнього руху. Внаслідок реалізації комплексу експлуатаційних заходів поліпшуються показники експлуатаційного стану доріг (ЕС): міцність дорожнього одягу (Е), рівність покриття (S), зчепні якості покриття (), знос покриття (h), показники безпеки руху (БР). Найбільш реальним за умов обмежених ресурсів є управління станом доріг на стадії експлуатації.

Основним принципом управління транспортно-експлуатаціним станом автомобільних доріг (ТЕС АД) є системний підхід. На основі аналізу досвіду розвинених країнах та особливостей експлуатації автомобільних доріг України розроблено структурну схему системи управління ТЕС АД (рис. 2).

Рисунок 2 – Структурна схема системи управління ТЕС АД

Інформаційна підсистема є основою для створення банку даних про ТЕС АД та прийняття оптимальних рішень з управління станом доріг. Підсистема стратегії експлуатації базується на прогнозуванні ТЕС АД за результатами дослідження закономірностей деградації стану доріг. Основу підсистеми оптимізації розподілу ресірсів становить економіко-математична модель, в якій на підставі методів теорії дослідження операцій обгрунтовують види та об’єми ремонтних робіт на окремих ділянках мережі автомобільних доріг. Підсистема корегування системи функціонує за принципом зворотнього зв’язку.

В системі показників ТЕС АД ведуче місце займає міцність дорожнього одягу. Теоретично обгрунтована закономірність деградації міцності нежорстких дорожніх одягів за часом (рис. 3).

Рисунок 3 – Зменшення міцності дорожніх одягів на стадії експлуатації

Особливістю експлуатації автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів є немонотонний характер зменшення міцності дорожніх одягів. Перший етап (відрізок кривої АВ) характеризується рівномірним зменшенням міцності за лінійною залежністю

(1)

де Кміц(t) - коефіцієнт міцності дорожньої конструкції (дорожній одяг+земляне полотно) на момент часу t; t - термін служби автомобільної дороги після капітального ремонту, років; - показник деградації міцності дорожньої конструкції, 01.

Значення показника деградації міцності залежить від багатьох факторів: початкового коефіцієнту міцності, інтенсивності та складу руху, водно-теплового режиму земляного полотна та дорожніх одягів, конструкції дорожнього одягу.

На другому етапі (відрізок ВС) визначається прискорення деградації міцності дорожньої конструкції, що пов’язано з початком дезінтеграції монолітних шарів на окремі блоки. Математична модель пропонується у вигляді

(2)

де А - емпірічний коефіцієнт.

На третьому етапі (відрізок СД) темп деградації міцності дорожнього одягу залишається високим. З наближенням до моменту часу tк значення Кміц(t) асімптотично наближається до деякого мінімального рівня Кміц.min, який відповідає такому ступеню руйнування дорожнього одягу, що він майже не сприймає розтягуючі напруги при згині

, (3)

де В, С та d - емпірічні коефіцієнти.

На останьому етапі міцність дорожньої конструкції майже не змінюється.

(4)

Третій та четвертий етап зменшення міцності виявилися в останні роки через насвоєчасні ремотні роботи саме в умовах обмежених ресурсів.

Запропонована математична модель погіршення рівності дорожніх покриттів на стадії експлуатації (5).

, (5)

де S(t) – показник рівності покриття за поштовхоміром; на початку експлуатації t=t0, см/км; , А1, В1, С1 – емпірічні коефіцієнти, які залежать від рівня впливу транспортних навантажень і погодно-кліматичних факторів на дорожній одяг.

Концепція оптимізації розподілу ресурсів на експлуатацію мережі доріг полягає в мінімізації витрат суспільства на перевезення пасажирів та вантажів.

Основні фактори рішення задачі оптимального розподілу ресурсів

;

;

;

………………………………………………. (6)

;

……………………………………………….

.

Основні обмеження задачі

. (7)

. (8)

………. (9)

……….

де х1, х2, х3, … хi, xn –довжина ділянок доріг, на яких виконують відповідні дорожні роботи (1, 2, 3 ...і...n), км; r11, r12, r13,…rji, r1n – питома вартість дорожньої роботи (1) відповідно на ділянках доріг l1, l2, l3, … li, … ln, грн/км; rji –питома вартість j-ої дорожньої роботи на діляках доріг l1, l2, l3, … li, … ln, грн/км, rji 0; r1, r2, r3, … rj, … rm – відповідно вартість дорожніх робіт (1), (2), (3), … (i), … (n) на мережі доріг, грн.

Сумарні витрати на функціонування дорожньо-транспортної системи представимо у вигляді

(10)

де - сумарні витрати на роботу дорожньо-транспортної системи, грн; - сумарні транспортні витрати на перевезення пасажирів та вантажів, грн; - сумарні витрати від дорожньо-транспортних пригод, грн; - сумарні витрати на дорожні роботи по управлінню станом мережі доріг, яка містить n ділянок, грн.

Рівняння (10) є цільовою функцією задачі.

З урахуванням постійних питомих витрат на поточний ремонт та утримання доріг система рівнянь (6) приймає вигляд

;

; (11)

.

Обмеження мають вигляд

; (12)

r 0 (якщо дорожні роботи виконують);

r = 0 (якщо дорожні роботи не виконують). (13)

Точне рішення системи з використанням рівнянь (1)-(5) приводить до значного ускладнення моделі. Тому в роботі запропонована спрощена методика оптимізації розподілу ресурсів, яка базується на експертних оцінка впливу ТЕС АД на окремі види витрат в дорожньо-транспортній системі.

У третьому розділі наведено методики та результати експериментальних досліджень основних показників ТЕС АД: міцності дорожніх одягів нежорсткого типу, рівності та зчепних якостей покриттів.

Польові дослідження виконано на 21 дослідній ділянці автомобільних доріг загального користування в Луганській та Харківській областях на протязі 1997, 1998 та 1999 років. Дослідні ділянки визначені з урахуванням різних конструкцій дорожніх одягів, різних термінів служби після капітального та середнього ремонтів на дорогах державного значення (магістральних та регіональних) та місцевого значення (територіальних та районних).

Випробування дорожніх одягів на міцність виконували за допомогою високоточного нівеліру НА з одночасним вимірюванням температури поверхні покриттів контактним електротермометром ЕТП-М та скресом дорожніх одягів з оцінкою вологості грунту земляного полотна. Повторність випробувань на кожній ділянці дорівнювала 20 з подальшою статичною обробкою та зведенням фактичного модуля пружності до розрахункового періоду.

Рівність дорожніх покриттів вимірювали за допомогою електронного поштовхоміру ТЕД-2 на автомобілі УАЗ. Вимірювання рівность виконували влітку. За результатами вимірювань на контрольній ділянці статично обгрунтовано мінімальна повторність вимірювань N = 5.

Коефіцієнт зчеплення колеса автомобіля з покриттям визначали за допомогою портативного приладу “ППК-МАДИ-ВНИИБД”. Для точності вимірювань 10 % мінімальна повторність дорівнює N = 3.

На всіх ділянках проводили облік інтенсивності та складу руху. За результатами обліку визначали Епотр та Кміц.

Результати вимірювань міцності (рис. 4) підтверджують теоретичні моделі (1)-(4). Окремі відхилення від загальної закономірності обумовлені проведенням ремонтних робіт в період з 1997 по 1999 рік.

Математична модель зменшення коефіцієнту міцності з урахуванням результатів випробувань дорожніх одягів має вигляд

;

; (14)

;

.

Аналіз результатів вимірювання рівності дорожніх покриттів дозволяє зробити висновок, що темп збільшення нерівностей зростає за часом від моменту середнього ремонту покриттів (рис. 5).

Рисунок 4 – Результати оцінки міцності дорожніх одягів ( цифри на кривих –

номера ділянок доріг)

Рисунок 5 – Результати вимірювань рівності покриттів ( цифри на кривих –

номера ділянок доріг)

Модель деградації рівності (5) з урахуванням результатів вимірювань:

для асфальтобетонних покриттів

, (15)

для чернощебеневих покриттів

. (16)

Всі наведені моделі адекватні експериментальним даним за критерієм Фішера.

Аналіз результатів вимірювання коефіцієнту зчеплення колеса автомобіля з покриттям не дозволив визначити характерні закономірності деградації зчепних якостей покриттів в процесі експлуатації. Це можна пояснити недосконалістю методів та приладів для вимірювання коефіцієнту зчеплення та значною неоднорідністю поверхні за зчепними якостями.

В четвертому розділі наведено результати дослідно-виробничої перевірки системи управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів. Апробація систем виконана в 1998-1999 роках на мережі автомобільних доріг загального користування Луганської області загальною довжиною 6242,8 км (в тому числі магістральних доріг - 251,5 км, регіональних - 438,9 км, територіальних - 1603,6 км, районних - 3948,8 км. Така структура мережі доріг характерна для більшості облавтодорів України.

За відсутністю банка даних про ТЕС АД запропонована оцінка стану доріг за результатами огляду по індексу стану за десятибальною шкалою. Це дозволило отримати первінну інформацію про стан всієї мережі доріг області. За результатами експертної оцінки визначено значення відповідних коефіцієнтів в спрощеній методиці оптимізації розподілу ресурсів. Під час впровадження системи використовували програмне забезпечення, розроблене на кафедрі будівництва та експлуатації автомобільних доріг ХДАДТУ.

За результатами впровадження системи управління ТЕС АД в 1999 році оптимізовано річний план ремонтних робіт. Застосування системи дозволило виправити помилки в призначенні 143 ділянок доріг для середнього та капітального ремонту, що становить 72 % від загального річного плану.

Розроблено методику визначення економічного ефекту від удосконалення управління станом автомобільних доріг. Потенційний ефект в економіці області за рахунок покращення стану доріг, зменшення транспортних витрат та збитків від ДТП, становить 34,9 млн. грн на рік. Відносна економічна ефективність впровадження системи управління станом доріг досягає 11,4 грн на кожну гривну витрат.

ВИСНОВКИ

1. Особливістю сучасного етапу розвитку дорожнього господарства України є гострий дефіцит фінансових ресурсів. В складних економічних умовах першочерговими постали задачі збереження мережі автомобільних доріг та поліпшення їх транспортно-експлуатаційного стану. Рішення ціх задач забезпечується на основі удосконалення управління станом доріг.

2. Розроблено систему управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг (ТЕС АД) за умов обмежених ресурсів. Відокремлені та проаналізовані основні підсистеми: інформаційна, стратегії експлуатації (прогнозування стану доріг), оптимізації розподілу ресурсів та корегування системи. Обгрунтована визначальна роль прогнозування та оцінки ТЕС АД на підставі дослідження закономірностей зміни основних показників стану доріг в процесі їх експлуатації.

3. Теоретичними і експериментальними дослідженнями доведена гіпотеза про немонотонну зміну міцності нежорстких дорожніх одягів. Виявлено, що на першому етапі міцність дорожніх одягів зменшується за лінійною залежністю. Щорічний темп зменшення міцності на цьому етапі залежить від конструкції дорожнього одягу та змінюється в межах від 1 до 4 %. На другому етапі темп зменшення міцності зростає з часом за експоненціальною залежністю та досягає наприкінці етапу 10 %. Це пов’язано з інтенсивним руйнуванням дорожнього одягу. На третьому етапі з наближенням до мінімального значення міцності темп її зменшення поступово уповільнюється. Четвертий етап характеризується практично сталою міцністю на мінімальному рівні з коефіцієнтом міцності 0,55-0,65. Математична модель процесу деградації міцності адекватна експериментальним даним.

4. Запропонована математична модель та за результатами оцінки рівності на дослідних ділянках визначені емпірічні коефіцієнти моделі для асфальтобетонних та чорнощебеневих покриттів.Визначено, що рівність дорожніх покриттів залежить від міцності дорожніх одягів та змінюється в процесі служби покриття за експоненціальною залежністю. За критерієм Фішера модель адекватна експериментальним даним.

5. В концепції оптимізації розподілу ресурсів запропоновано розглядати мережу автомобільних доріг як частину дорожньо-транспортної системи. Обгрунтовано критерій оптимізацій - мінімальні сумарні витрати на функціонування дорожньо-транспортної системи при обмеженнях за ресурсами на дорожні роботи. На основі математичної теорії дослідження операцій обгрунтовано розв’язання задачі по оптимальному розподілу обмежених ресурсів на експлуатацію мережі автомобільних доріг регіону. Для спрощення рішення задачі запропонована методика, яка базується на експертних оцінках впливу основних показників стану доріг на окремі види витрат при функціонуванні дорожньо-транспортної системи.

6. Апробація системи управління транспортно-експлуатаціним станом автомобільних доріг в Луганському облавтодорі підтвердила її високу ефективність. Впровадження системи забезпечує відносну економічну ефективність 11.4 грн на кожну гривну витрат. Потенційний річний ефект в економіці області становить 34,9 млн. грн.

Основні положення дисертаційного дослідження опубліковані в таких роботах:

1. Прусенко Е.Д., Демишкан В.Ф. Основные направления совершенствования методов управления состоянием автомобильных дорог// Проблемы эксплуатации автомобильных дорог. Сб. науч. трудов ХГАДТУ - Харьков: Знание, 1998. - С. 39-47.

2. Демишкан В.Ф. Основные принципы распределения финансовых ресурсов в системе облавтодора // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку. Збірник наукових праць УТУ. - Київ: УТУ, 1998. - С. 68-69.

3. Прусенко Е.Д., Демишкан В.Ф. Система управления транспортно-эксплуатационным состоянием автомобильных дорог // Вестник ХГАДТУ. – 1999. – вып.10. - С.45-47.

4. Демішкан В.Ф. Критерії та принципи оптимізації транспортно-експлуатаційного стану доріг // Автомобільні дороги та дорожнє будівництво. - 1999. - Вип. 57. - С. 97-103.

5. Демішкан В.Ф. До питання про розподіл ресурсів на утримання та ремонт мережі доріг // Автошляховик України. - 1999. - №4. - С. 38-39.

6. Прусенко Е.Д., Демишкан В.Ф. Повышение эффективности работы автомобилей как элемента дорожно-транспортной системы // Автомобильный транспорт. - 1999. - № 3. - С. 12-14.

7. Демишкан В.Ф., Прусенко Е.Д., Филиппов В.В. Системный подход к распределению ресурсов на ремонт и содержание автомобильных дорог // Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Т.1. - Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1999. - С. 37-38.

8. Демішкан В.Ф. Методи управління транспортним процесом в дорожньо-транспортній системі// Транспорт+Логістика. Матеріали міжнародної виставки та науково-практичної конференції. - Київ, 1999. - С. 34-36.

9. Демишкан В.Ф., Прусенко Е.Д. Оценка экономической эффективности оптимального распределения финансовых ресурсов на эксплуатацию сети автомобильных дорог // Проблеми теорії і практики становлення соціально-орієнтованої ринкової економіки. Матеріали міжнародної наукової конференції. - Харків: ХДАДТУ, 1999. - С. 73-74.

У спільних публікаціях особисто автором виконано: аналіз сучасних систем управління станом автомобільних доріг [1]; обгрунтування та розробка структурної схеми системи управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг [3]; обгрунтування системного підходу до оцінки ефективності заходів з управління станом доріг як підсистеми в дорожньо-транспортній системі [6, 7]; розробка методики оцінки економічної ефективності від оптимального розподілу ресурсів на експлуатацію доріг [9].

АНОТАЦІЯ

Демішкан В.Ф. Удосконалення управління станом автомобільних доріг за умов обмежених ресурсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата наук за спеціальністю 05.22.11. - автомобільні шляхи та аеродроми. - Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 2000.

В дисертації розроблено систему управління транспортно-експлуатаційним станом автомобільних доріг (ТЕС АД) зя умов обмежених ресурсів на дорожні роботи. Основу системи складають модель прогнозування ТЕС АД та економіко-математична модель оптимізації розподілу ресурсів. Прогнозування ТЕС АД базується на запропонованих математичних моделях деградації міцності дорожніх одягів нежорсткого типу та рівності покриттів, які адекватні результатам експеріментальних досліджень. Теоретичну основу оптимізації розподілу ресурсів становить теорія дослідження операцій. Для спрощення рішення задачі по оптимізації розподілу ресурсів розроблено методику, яка базується на експертних оцінках впливу основних показників ТЕС АД на окремі види витрат при функціонуванні дорожньо-транспортної системи. Впровадження системи управління ТЕС АД, результатом якого є оптимізація визначення ділянок доріг, що підлягають ремонту, та виду ремонтних робіт, довело її роботоздатність та високу ефефктивність.

Ключові слова: автомобільна дорога, транспортно-експлуатаційний стан, ресурси, оптимізація розподілу.

SUMMARY

Demishkan V.F. Improvement of automobile roads state management in the conditions of limited resources: - Manuscript.

Dissertation for Ph. D degree by speciality 05.22.11 – аutomobile roads and aerodromes. – Kharkov State Automobile and Hihgway Technical University, Kharkov, 2000.

In dissertation the management system of automobile roads transport-operational state (ARTOS) in conditions of limited resources for road works has been worked out. Model for prediction ARTOS and economic-mathematical model of resources distribution optimization are the basis of system mentioned. Predicting of ARTOS is grounding on proposed mathematical models of concrete types pavements strength degradation and on pavement evenness which are adequate to the results of experimental studies. Theory of operation investigation is the theoretical base of the resources distribution optimization. Methodology grounding on the expert estimations of the influence of the main indices of ARTOS on separate kinds of expenses when road-transport system functioning. An application of ARTOS management system resulting in optimization of road sections establishment for a repair and in the kinds of repair works has proved its workability and high economic effectiveness.

Key words: automobile road, transport-operational state, management, resources, distribution optimization.

АННОТАЦИЯ

Демишкан В.Ф. Совершенствование управления состоянием автомобильных дорог в условиях ограниченных ресурсов: - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 - автомобильные дороги и аэродромы. - Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 2000.

На основе анализа современного состояния и тенденций развития дорожного хозяйства установлено, что общей проблемой в Украине и большинстве стран СНГ является острый дефицит ресурсов на дорожные работы. В этих условиях особую актуальность приобретает задача совершенствования управления состоянием дорог, оптимизации распределения ограниченных ресурсов на дорожные работы.

Во многих странах мира разработаны системы управления транспортно-эксплуатационным состоянием автомобильных дорог (ТЭС АД), основу которых составляют модель прогнозирования ТЭС АД и экономико-математическая модель оптимизации распределения ресурсов. Эти модели учитывают особенности эксплуатации дорог и экономики определенного региона. Применение этих систем для специфических условий эксплуатации автомобильных дорог в Украине, которые существенно изменились в последние годы, практически невозможно даже после их существенной модернизации.

В диссертации разработана структурная схема системы управления ТЭС АД в условиях ограниченных ресурсов на эксплуатацию автомобильных дорог. В системе выделены и проанализированы основные подсистемы: информационная, стратегии эксплуатации (прогнозирования состояния дорог), оптимизации распределения ресурсов и корректировки системы.

Теоретически обоснованы закономерности изменения основных показателей эксплуатационного состояния дорог - прочности нежестких дорожных одежд и ровности покрытий. Подтверждена гипотеза о немонотонном изменении прочности дорожных одежд. Установлено, что на первом этапе коэффициент прочности изменяется по линейной зависимости на 1-4% в зависимости от начальной прочности, уровня воздействия транспортных нагрузок и природных факторов. На втором этапе прочность дорожной одежды снижается по экспоненциальной зависимости, что связано с интенсивным разрушением дорожной одежды. На третьем этапе по мере приближения коэффициента прочности к некоторому минимальному значению (0,55-0,65) темп снижения прочности постепенно уменьшается. Четвертый этап характеризуется практически постоянной прочностью на минимальном уровне. Предложена математическая модель процесса деградации прочности, которая адекватна результатам испытаний по критерию Фишера.

Ровность дорожных покрытий зависит от прочности дорожной одежды и изменяется в зависимости от срока службы покрытия по экспоненте. По результатам измерения ровности дорожных покрытий электронным толчкомером ТЭД-2 установлены эмпирические коэффициенты в математической модели прогнозирования ровности дорожных покрытий. Анализ результатов измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля с покрытием не позволяет сделать вывод о характере закономерностей изменения сцепных качеств покрытий в процессе эксплуатации.

В концепции оптимизации распределения ресурсов на дорожные работы основным принципом является системный подход. Сеть дорог рассматривается как часть дорожно-транспортной системы. Обоснован критерий оптимизации - минимальные затраты на функционирование дорожно-транспортной системы при постоянном объеме перевозок грузов и пассажиров и ограничениях по ресурсам. На основе теории исследования операций сформулирована задача оптимального распределения ресурсов на эксплуатацию сети дорог общего пользования и обосновано ее решение. Для упрощения решения задачи предложена методика, основу которой составляет экспертная оценка влияния основных показателей состояния дорог на отдельные виды затрат при функционировании дорожно-транспортной системы.

Опытно-производственная проверка подтвердила результаты теоретических и экспериментальных исследований. В 1998 и 1999 годах в Луганской области проведена апробация системы управления состоянием сети автомобильных дорог общей протяженностью 6242,8 км (в том числе магистральных дорог - 251,5 км, региональных - 438,9 км, территориальных - 1603,6 км и районных - 3948,8 км). Такая структура сети дорог характерна для большинства облавтодоров Украины.

Отсутствие банка данных о ТЭС АД не позволяло использовать предложенную методику оптимизации распределения ресурсов. Поэтому для первичной оценки ТЭС АД предложена методика с использованием индекса состояния по десятибалльной шкале, в основу которой положено влияние состояния дорог на безопасную скорость. По результатам экспертного опроса установлены значения эмпирических коэффициентов в методике оптимизации распределения ресурсов на дорожно-ремонтные работы на сети дорог.

В результате внедрения системы управления ТЭС АД оптимизирован план ремонтных работ на 1999 год. При этом уточнены виды и объемы работ на 143 участках дорог, что составило 72 % от общего годового плана ремонтных работ.

Разработана методика оценки экономической эффективности совершенствования управления состоянием автомобильных дорог. Потенциальный экономический эффект в хозяйстве Луганской области обеспечивается за счет улучшения состояния сети дорог, уменьшения транспортных затрат, убытков от ДТП, и составляет 34,9 млн. грн в год. Относительная экономическая эффективность внедрения системы управления состоянием дорог составляет 11,4 грн на каждую гривну затрат.

Ключевые слова: автомобильная дорога, транспортно-эксплуатационное состояние, управление, ресурсы, оптимизация распределения.

Підписано до друку 14.03.2000 Формат 60 х 84 1/16 Папір офсетний

Віддруковано на ризографі Обсяг 1,0 умов.-друк. арк.

Зам. № Тираж 100 прим. Ціна договорна

Адреса редакції видавця та поліграфпідприємства

ХДАДТУ, Харків, ГСП – 61002, вул Петровського, 25

Видавництво Харківського державного автомобільно-дорожнього

технічного університету