КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

ВАСИЛЬЄВА ГАННА ЮРІЇВНА

УДК 711.55.(656.13)

МЕТОДИ МІНІМІЗАЦІЇ ЗАТРИМОК ТРАНСПОРТУ
НА МАГІСТРАЛЬНІЙ ВУЛИЧНО-ДОРОЖНІЙ МЕРЕЖІ
МІСТ УКРАЇНИ

05.23.20 – Містобудування та територіальне планування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент

Рейцен Євген Олександрович,

Київський національний університет будівництва і архітектури,

професор кафедри міського будівництва.

Офіційні опоненти:

доктор архітектури, професор

Фільваров Генріх Йосипович,

інститут Урбаністики, директор;

кандидат технічних наук

Шаповалов Едуард Володимирович,

Український державний науково-дослідний інститут “Діпромісто”,

начальник інженерно-планувального відділу.

Провідна установа: Харківська національна академія міського господарства, кафедра містобудування, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 6 липня 2007 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.09 при Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680, Київ, Повітрофлотський пр., 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680,
Київ, Повітрофлотський пр., 31.

Автореферат розісланий “ 2 ” червня 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доцент О.П. Ісаєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забезпечення гармонійного поєднання містобудівництва і організації руху транспорту постійно ускладнюється у зв’язку з бурхливим зростанням рівня автомобілізації населення.

Інтенсивне зростання кількості автотранспортних засобів за останні десять років призвело до перевантаження ними вулично-дорожньої мережі (ВДМ) крупних і найкрупніших міст України і особливо їх центрів. Повністю ліквідувати негативні наслідки автомобілізації неможливо, тому необхідно розробляти ефективні заходи щодо зменшення їх негативного впливу на міське середовище. Зростання автомобільного парку України буде продовжуватись, незважаючи на тенденцію до зменшення кількості населення. Вже у 2000 році середній рівень автомобілізації по Україні становив 125 легкових автомобілів на тисячу жителів. Згідно прогнозу спеціалістів кількість автотранспортних засобів до 2010 року зросте удвічі.

Актуальність проблеми зниження затримок транспорту на ВДМ міст України підтверджується схваленою у 1999 році “Концепцією сталого розвитку населених пунктів України”, в якій відзначається, що сталий розвиток населених пунктів – це соціально, економічно і екологічно збалансований розвиток міських поселень. Це зумовлює удосконалення соціальної, виробничої, комунікаційно-інформаційної, транспортної та екологічної інфраструктури. До питань розвитку транспортної інфраструктури віднесені “удосконалення вулично-дорожньої мережі, оптимізація її щільності з метою підвищення пропускної спроможності, зменшення витрат часу на перевезення пасажирів і вантажів…”. До розвитку інженерної інфраструктури віднесене “удосконалення планування вулично-дорожньої мережі та організації руху транспорту згідно із санітарно-гігієнічними вимогами щодо захисту населення від несприятливого акустичного впливу та хімічного забруднення від транспортних засобів…”.

Вирішення цих питань можливе лише при більш глибокому розумінні поняття “затримка транспорту”, сутність якого полягає у визначенні втрат часу не тільки при простоях транспорту у заторах, а й при зменшенні швидкості руху транспорту при неправильно призначених планувальних і геометричних параметрах ВДМ; при гальмуванні перед перехрестями; при проїзді пішохідних переходів, зупинок міського пасажирського транспорту та інше.

В своїй роботі автор спирається на праці вчених, які мають безпосереднє відношення до предмету дослідження, а саме з містобудівних питань –
М.М. Дьоміна, Г.Й. Фільварова, Є.Є. Клюшніченка, Є.П. Самойлюка, А.В. Сигаєва, А.Є. Страментова, М.С. Фішельсона, Ю.О. Ставничого, В.В. Шештокаса; з питань організації дорожнього руху – О.А. Белятинського, Я.А. Калужського,
Е.В. Шаповалова, Я.В. Хомяка, Є.О. Рейцена, В.М. Полукарова, А.А. Полякова, Д.С. Самойлова, В.В. Сільянова; з питань моделювання транспортних потоків – В.Т. Капітанова, Є.Б. Хілажева, Ю.А. Кременця, М.П. Печерського,
Б.М. Четверухіна та інших. Велике значення для дослідження проблеми мають роботи закордонних дослідників – Д. Дрю, Х. Іносе, Т. Хамади, Т. Метсона,
В.Ч. Ренкіна, В. Сміта, Ф. Хейта, Д. Філіпса та інших.

Саме зменшення затримок транспорту у містах сприятиме не тільки поліпшенню навколишнього середовища (менше гальмувань і прискорень – менше викидів в атмосферу шкідливих речовин), а й скороченню часу пасажирами, що їдуть на роботу, а, отже, підвищенню продуктивності праці.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження безпосередньо пов'язане з реалізацією принципів “Концепції сталого розвитку населених пунктів України” (постанова Верховної Ради України від 24.12.99 № – ХІV), розробкою нормативів з проектування комплексних схем організації дорожнього руху (КСОДР) у містах України за завданням Держбуду СРСР та Держбуду України, розробкою ДБН “Склад, порядок розроблення, погодження та затвердження проектної документації з організації дорожнього руху у містах”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка методів мінімізації затримок транспорту на магістральній ВДМ міст України з урахуванням їх планувальної структури, тенденції зростання інтенсивності руху транспорту, сучасних методів його організації і регулювання.

На досягнення цієї мети направлене рішення наступних задач:

1. Оцінка існуючих методик визначення величин затримок транспорту у містах з точки зору точності і надійності даних, які отримують за їх допомогою.

2. Аналіз факторів і умов виникнення затримок у містах, дослідження їх різних видів в увязці з особливостями планувальної структури міст України.

3. Розробка методів мінімізації затримок транспорту на магістральній вулично-дорожній мережі з оптимізацією циклів світлофорного регулювання.

4. Розробка процедури планування та прийняття рішень з удосконалення регулювання і організації руху транспорту на регульованому перехресті.

Об’єкт дослідження – магістральна вулично-дорожня мережа міста.

Предмет дослідження – методи мінімізації затримок транспорту на магістральній вулично-дорожній мережі міст України.

Методи дослідження базуються на принципах і методах системного підходу до аналізу транспортно-планувальної структури міст із застосуванням сучасних математичних методів моделювання затримок і використанням приладу ПРИЗ ГС- 88, розробленого автором досліджень.

Інформаційною базою дисертації є матеріали натурних обстежень величин затримок транспорту на регульованих перехрестях, швидкості транспортних засобів при різних типах перегонів та інтенсивності дорожнього руху у містах Києві, Краматорську, Горлівці та ін.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розвинута та поглиблена сутність поняття “затримка транспорту”, яке відрізняється від попереднього його значення у визначенні втрат часу не тільки при простоях транспорту у заторах, а й при зменшенні швидкості руху транспорту (при неправильно призначених планувальних і геометричних параметрах ВДМ; при гальмуванні перед перехрестями; при проїзді пішохідних переходів, зупинок міського пасажирського транспорту).

2. Вперше застосовано системний підхід до дослідження затримок транспорту, починаючи з оптимізації циклу світлофорного регулювання на окремому перехресті з урахуванням планувальних факторів до вибору певної конфігурації зони з групою світлофорних об’єктів та до довільної зони за критерієм “опору зони”, як нового нормативного показника.

3. На основі розробленої методики проведені обстеження виявили залежності між величиною середньої затримки транспортного засобу та тривалістю циклу світлофорного регулювання, що дозволяє визначити економічні втрати внаслідок затримок транспорту.

4. Удосконалено метод вибору оптимального циклу світлофорного регулювання за критерієм мінімізації затримок транспорту, що дозволяє на етапі постановки задачі вводити різні планувальні рішення перехрестя.

5. Розроблена процедура планування удосконалення умов руху на регульованому перехресті.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати дисертаційного дослідження при розробці комплексних схем транспорту (КСТ), КСОДР та при визначенні районів координації в автоматизованих системах управління дорожнім рухом (АСУДР) надають можливість інженерам-транспортникам:

· при виборі варіантів транспортних рішень враховувати класифікацію факторів та умов виникнення транспортних затримок;

· при використанні програми вибору оптимального циклу світлофорного регулювання при постановці задачі вводити різні варіанти транспортно-планувальної організації перехрестя;

· використовувати експрес-метод для оцінки величин затримок транспорту за допомогою приладу ПРИЗ ГС – 88.

Результати досліджень використовувались при розробці КСОДР у містах Краматорську та Горлівці, а також при розробці КСТ та КСОДР у м. Києві. Окремі результати досліджень використовувались у курсовому і дипломному проектуванні студентами факультету геоінформаційних систем і управління територіями зі спеціальності “Міське будівництво і господарство” Київського національного університету будівництва і архітектури.

Особистий внесок здобувача. В роботі [2] наведені та оцінені результати безпосереднього проведення вимірів затримок транспорту за методикою автора по малому кільцю магістралей у м. Києві; у [1] – критика методів розрахунку пропускної спроможності магістралей; в опублікованих у співавторстві роботах здобувачеві належить: у [4] висунута ідея модифікацій двох планувальних схем міст – прямокутної і радіально-кільцевої з перетином магістралей, які ведуть до центра в одній точці, що дозволяє простіше моделювати рух транспорту по ВДМ; у [5] – виділені і досліджені сім станів організації дорожнього руху у підрайоні міста; у [10] – отримані кореляційні залежності між номером транспортного засобу міського пасажирського транспорту у черзі, величиною ухилу і витратами часу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дослідження доповідалися на науково-практичних конференціях у Київському національному університеті будівництва і архітектури (54-й – 1993 р., 62-й – 2001 р., 65-й – 2004 р., 66-й – 2005 р., та 67-й – 2006 р.), конференції молодих вчених КНУБА 17-19 жовтня 2006 року та на науково-практичній конференції Державного науково-дослідного центру безпеки дорожнього руху державної дорожньо-патрульної служби МВС України “Сучасні шляхи боротьби за безпеку дорожнього руху” (м. Київ, 16 грудня 2004).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи опубліковано у
10 друкованих роботах, з них 6 статей в періодичних фахових виданнях, визначених ВАК України та 4 тези доповідей (3 – в матеріалах міжнародних конференцій).

Обсяг і структура роботи. Дисертація містить: вступ, три розділи, висновки, список використаних джерел в обсязі 128 найменувань, додатки. Нараховує 136 сторінок основного тексту, 49 рисунків, 16 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, визначені мета та задачі дослідження. Розглянуто зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Відображено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі “Розпланування вулично-дорожньої мережі та затримки транспорту” аналізуються дослідження з вивчення затримок транспорту.

Існуючі методи розрахунку довжини черг, величини затримок транспорту на ізольованих перехрестях у більшості своїй базуються на припущенні, що транспортні потоки розподіляються рівномірно. Разом з тим не до кінця розроблені і систематизовані методи, які могли б застосовуватися при будь-якому якісному стані транспортних потоків.

Зростання індивідуального транспорту за останні 15-20 років і його прогнозування наводять на думку, що найближчим часом ніяких коштів не вистачить для фінансування дорожнього та міського будівництва, пов’язаного з забезпеченням використання особистих автомобілів у містах. Для того, щоб запобігти небезпечному для навколишнього середовища збільшенню використання легкових автомобілів, у центральних зонах міст впроваджуються спеціальні способи регулювання індивідуального транспорту, найбільш типовим з яких є підвищення плати за стоянку, або зміна загальної вартості проїзду в ці зони.

Було розроблено багато математичних моделей і програм з можливістю застосування імітаційного моделювання руху транспортних засобів. Наприклад, Transyt 7F, SCOOT, SCAT, OPAC, CP PICADI, SIMSBES, SIDRA, KRONOS-IV. При цьому в основному оцінювались моделі розроблені раніше Вебстером, Міллером, Ньюелем, які для наших умов дають значні похибки (15-20%).

Великі можливості мінімізації затримок транспорту у містах надає впровадження АСУДР. Вважається, що у 12-ти містах України діють АСУДР, проте оцінкою їх техніко-економічної ефективності в наш час ніхто не займається. До того ж застаріла елементна база цих систем. Взагалі, місце АСУДР в транспортній системі міста з урахуванням його планувальної структури, почало системно досліджуватись у середині 70-х років у Всесоюзному науково-дослідному інституті безпеки дорожнього руху МВС СРСР і КІБІ, де були вивчені містобудівні фактори, що впливають на формування структури АСУДР. До критеріїв якості управління АСУДР відносяться час затримок, число зупинок, рівномірність руху та інші.

Проте мало відомо, що при введенні зони регулювання в АСУДР велике значення має конфігурація цієї зони і форма елементів решітки ВДМ. Дослідження показали, що прямокутна форма елементів решітки транспортної мережі в порівнянні з квадратною при однаковій довжині ліній дає меншу кількість перетинів, тобто відповідний рівень регулювання в АСУДР можна забезпечити меншою кількістю світлофорів, а, отже, зменшити загальну кількість затримок транспорту у зоні регулювання. Так, якщо прийняти за 100% кількість перетинів при квадратній мережі, то перехід до прямокутних елементів решітки ВДМ з відношенням сторін 2:1 дає при тій же щільності скорочення кількості перетинів до 89% в порівнянні з квадратною решіткою, а при відношенні сторін 4:1 відповідно – 64%. Ці відношення показані на графіку (рис. 1), де загальна кількість перетинів на мережі виражається кривою (а), а кількість перетинів на кожній поздовжній лінії (б). При цьому за 100% прийняті відповідні показники квадратної решітки.

Рис. 1. Залежність кількості перетинів від співвідношення сторін клітинок чотирьохбічної мережі

Затримки транспорту можуть носити системний чи локальний характер. Системний характер безпосередньо пов'язаний із розплануванням міста. Наприклад, при радіально-кільцевій структурі (Москва, Київ) центр міста перевантажується транзитними потоками. Локальний характер затримок пов'язаний у першу чергу з пропускною спроможністю транспортних вузлів, класифікація яких досить обширна і включає вузли, починаючи від простих примикань і до вузлів у різних рівнях. Розглянуто біля 500 транспортних вузлів у 25 обласних центрах України і розроблена їх класифікація за планувальними ознаками.

Величина щільності вулично-дорожньої мережі міста чи його центру не є визначальною і об’єктивною. В умовах високої насиченості легковими автомобілями діючий критерій оцінки магістральної мережі за щільністю повинен бути змінений. В якості основного критерія повинна бути прийнята відповідність ємкості магістральної ВДМ (?) величині перспективних машинопотоків:

де – кількість пересувань на транспортних засобах (легкові автомобілі і масовий пасажирський транспорт), що повинні відбуватися в межах району в період максимального руху, од.;

L – середня довжина пробігу транспортних одиниць у межах району, км;–

швидкість сполучення, км/год;

Т – період максимального руху, год;

п – кількість видів транспорту.

На величину транспортних затримок, крім методів організації і регулювання в зоні перехресть, впливає й сама планувальна організація транспортних вузлів. Це питання досліджується в наступних розділах. Щоб розглянути його з системних позицій розроблена класифікація транспортних затримок за місцями та обставинами їх виникнення у містах (рис. 2).

Рис. 2. Класифікація транспортних затримок за місцями та обставинами
їх виникнення у містах

Регульоване перехрестя є основним елементом ВДМ, який визначає її пропускну спроможність. У подальшому ми розглядатимемо затримки транспорту на регульованих перехрестях, які є основною складовою транспортних затримок у містах та визначають рівень транспортного обслуговування.

Проведений у дисертаційній роботі аналіз досліджень дозволив узагальнити організаційні і реконструктивні заходи, що сприяють зменшенню затримок транспорту, а саме:

1. Збільшення ширини проїзної частини вулиць (за рахунок зняття трамвайних колій, розподільної смуги чи бульвару; зменшення ширини тротуару з одночасною прокладкою пасажів за рахунок перших поверхів; перетворення радіальних вулиць у магістралі безперервного руху; заборона стоянок автомобілів на проїзній частині вулиці).

2. Впровадження реверсивних смуг руху (у “вузьких місцях”, наприклад на мостах і шляхопроводах; при цьому враховується нерівномірність розподілу величин інтенсивності руху транспорту за напрямками вранці і ввечері).

3. Організація центральних смуг з дозволеним поворотом ліворуч.

4. Виділення спецсмуг для громадського транспорту з одночасним встановленням на них спеціальних дорожніх знаків, які дозволяють в’їзд на них легкових автомобілів з двома і більше пасажирами.

5. Впровадження АСУДР на мережі магістралей (із застосуванням системних алгоритмів управління) в центральних зонах міст дозволяє знизити затримки транспорту на 15 – 20 %.

6. Організація вулиць з однобічним рухом (пропускна спроможність вулиці підвищується на 25 – 30 %).

7. Диференціація вулиць за видами транспорту (для руху вантажних автомобілів) та за режимами руху (безперервного чи регульованого).

8. Забезпечення пріоритету громадському транспорту.

9. Застосування спеціальних пішохідних сигналів.

Таким чином можна констатувати, що проблема зменшення транспортних затримок і збільшення пропускної спроможності міських вулиць і доріг може бути вирішена тільки при використанні комплексних заходів: організаційних, планувальних, техніки регулювання і ряду інших.

У другому розділі “Експериментальні дослідження затримок транспорту в містах України” розроблена методика проведення обстежень затримок транспорту на регульованих перехрестях ВДМ, яка полягає у заповненні спеціальних бланків.

Результати експериментальних і теоретичних досліджень затримок та швидкостей руху транспорту на магістральній ВДМ міст Києва, Горлівки і Краматорська з урахуванням особливостей, виявлених у попередньому розділі дозволили отримати нові залежності між:

· середньою затримкою автомобіля (d) та тривалістю циклу світлофорного регулювання (Т): d = 0,38·Т – 9,94;

· довжиною перегону (L) та величиною швидкості ( та ) для легкових автомобілів: = 0,013·L+52,3; = 0,013·L+43,6.

Разом з Київським інститутом автоматики був розроблений портативний прилад ПРИЗ ГС – 88 для вимірювання транспортних затримок. На рис. 3 наведена номограма визначення затримок в залежності від кількості автомобілів в черзі і кількості імпульсів приладу. Погрішність не перевищує 5%.

Моніторинг затримок, проведений на різних типах регульованих перехресть за допомогою приладу ПРИЗ ГС – 88, спеціально розробленої облікової форми і формули Вебстера показав, що похибка знаходиться у межах 5,8–14,32 %.

Рис. 3. Номограма визначення затримки транспорту за показниками приладу

Отримані регресійні залежності між можливою кількістю автомобілів, що проходять через перехрестя при зеленому сигналі (?) і тривалістю зеленого сигналу (Т) для різних схем організації руху на регульованих перехрестях у літній та зимовий періоди

?літ = 0,07Т + 0,22; ?зим = 0,06Т + 0,03 (2)

?літ = 0,12Т - 0,06; ?зим = 0,09Т + 0,35 (3)

Ми бачимо, що узимку кількість автомобілів, що проходять перехрестя за час дії зеленого сигналу, скорочується у порівнянні з літнім періодом на 20-25%. Причина цього у погіршенні стану проїзної частини і несвоєчасному прибиранні снігу з проїзної частини.

При подальших розрахунках та моделюванні транспортних потоків розроблена програма застосування розподілу Пуассона та досліджені п’ять особливих випадків проходження автомобілів через переріз проїзної частини (рис. ).

Рис. 4. П’ять випадків проходження автомобілів через переріз
проїзної частини

В результаті моделювання отримано номограму для розрахунку згаяного часу в залежності від величини інтенсивності руху транспорту та тривалості світлофорного циклу (від 25 до 120 сек).

У третьому розділі “Методи мінімізації затримок транспорту у містах”
з системних позицій досліджені величини затримок транспорту з урахуванням планувальної структури міста та запропоновані методи їх мінімізації.

Виділено сім станів організації дорожнього руху у підрайоні: а) однобічний рух; б) саморегульований рух; в) нерегульований рух з дорожніми знаками;
г) ізольоване світлофорне регулювання; д) зелена хвиля по магістралі; ж) системне управління за допомогою АСУДР; з) розподільна система регулювання з транспортними розв’язками в двох рівнях.

Вводиться поняття “опір зони”, під яким розуміємо відношення часу безперервного руху транспортних засобів через зону (у всіх можливих напрямках по найкоротшим відстаням) до сумарної витрати часу транспортними засобами на проходження цієї зони. Величина “опору зони” залежить від кількості світлофорних об’єктів, щільності ВДМ, довжини та типу перегонів, щільності транспортного потоку та інших факторів.

Для основних типів планувальних схем ВДМ в центрах міст розглядається модель регулювання руху транспорту на окремих смугах в місцях звуження проїзної частини.

У дисертації розроблено метод оптимізації світлофорного циклу на регульованому перехресті. Критерієм ефективності регулювання є середня затримка та довжина черги – зведення їх до мінімуму досягається призначенням найменшої тривалості циклу, яка можлива при даних умовах дорожнього руху. Подальші розрахунки будуються на оцінці середньої кількості транспортних засобів, які накопичуються за відповідний період часу і рухаються через перехрестя у відповідному напрямі. Ця величина вимірюється часом, який необхідний для пропуску групи транспортних засобів, що накопичилися, або відношенням цього часу до усього часового періоду, який розглядається, і усієї їх сукупності. Задача мінімізації сумарного призначення вирішується з застосуванням лінійного програмування.

При цьому введені наступні допущення:

1. Рух пішоходів у розрахунок не приймається.

2. Поворот праворуч або дозволений постійно, або потреби в правих поворотах задовольняються одночасно з рухом прямих потоків; у будь-якому випадку правоповоротний рух з аналізу виключається.

3. Усі лівоповоротні потоки і потоки, що рухаються в прямому напрямку, регулюються незалежно один від одного.

4. Не допускається взаємне перетинання будь-яких потоків.

В завершення дисертації розроблено процедуру планування удосконалення умов руху на регульованих перехрестях, яка складається з 10 наступних кроків (рис. 5).

Рис. 5. Схема алгоритму процедури планування удосконалення умов руху
на регульованих перехрестях

Крок 1: Визначення проблеми. Зазвичай покращення на перехрестях необхідні з чотирьох основних причин:

– проблеми, пов’язані з експлуатацією світлофорів (значні затримки, утворення заторів);

– проблеми безпеки дорожнього руху (часті дорожньо-транспортні пригоди (ДТП) з матеріальними збитками, пораненнями та зі смертельними випадками);

– випадки покращення використання земельних ділянок (облаштування або проведення робіт біля перехрестя);

– необхідність додаткового відведення смуги для збереження пропускної спроможності перехрестя (значні затримки, витрати пального та ін.).

Крок 2. Визначення існуючих умов руху на перехрестях. Другий крок включає складення документації про наявні умови дорожнього руху, до яких відносяться розрахунки інтенсивності руху та оцінка доступних даних. Існуючі умови руху на перехресті класифікуються за наступними трьома основними категоріями.

1. Геометрія перехресть та регулювання руху, до яких входять:

– план загальної схеми перехрестя;

– проїзна частина дороги та ширина смуг руху;

– геометрія розподільної смуги (довжина та ширина);

– протяжність дозволених транспортних стоянок з розмірами;

– вимоги щодо надання права пріоритетного руху з можливим розширенням на суміжні зони у випадку необхідності;

– обмеження швидкості руху.

2. Експлуатаційні умови руху:

– кількість смуг руху або пропускна спроможність кожного напрямку руху;

– підрахунки інтенсивності руху, які проводяться на протязі години або декілька раз по 20 хвилин на протязі годин з найменшими коефіцієнтами варіації;

– доля руху (у відсотках) вантажних автомобілів, автобусів, тролейбусів у кожному напрямку руху;

– існуючі фази та тривалість сигналів.

3. Рівень безпеки дорожнього руху:

– рівень аварійності (кількість ДТП на 1 млн. транспортних засобів в рік);

– розподіл тяжкості ДТП (матеріальні збитки, поранення, загибель людей);

– вид ДТП (наїзд, зіткнення та ін.).

Крок 3. Оцінка майбутніх умов руху. Прогнозування майбутніх змін на період планування повинно включати оцінки:

– річного темпу зростання інтенсивності руху;

– долі вантажних автомобілів, автобусів, тролейбусів в складі транспортного потоку;

– умов безпеки дорожнього руху.

Під час аналізу варіантів покращення для заданого перехрестя інколи трапляються випадки, коли для цілого періоду планування не потрібне застосування будь-яких єдиних варіантів покращення руху. В таких випадках альтернативні покращення повинні аналізуватися на варіант оптимального поєднання. Іншими словами, може плануватися ряд альтернатив з покращення умов та складатися графік їх поетапного впровадження в зручні інтервали часу, які охоплюють період планування.

Крок 4. Визначення обмежень. Існує лише декілька варіантів покращення умов руху на перехресті, пов’язаних з проектами розвитку міста. Наприклад, коли визначається вартість на додаткове відведення дорожньої смуги, проектувальники повинні вирішити: виділяти додаткову дорожню зону чи використовувати інші варіанти, такі як звуження існуючих смуг руху, усунення вуличних стоянок (наприклад, на Хрещатику, вул. Шота Руставелі в м. Києві) та ін. Процес загального планування може надати допомогу інженерам у визначенні точки самоокупності для надання додаткової смуги, необхідної для покращення умов руху на перехресті.

Крок 5. Визначення застосованих варіантів реалізації. Можливі альтернативи для покращення перехресть в одному рівні наступні: влаштування смуг виключно для здійснення повороту; оновлення системи регулювання руху і координації світлофорної сигналізації; оптимізація тривалості сигналів світлофорів; введення додаткових смуг прямого напрямку руху; регулювання руху на в’їзді; зміна радіусу повороту; влаштування острівців безпеки; покращення дальності та кута видимості. В даному дослідженні ми розглядаємо лише покращення роботи світлофорної сигналізації та введення лише поворотних смуг.

Крок 6. Підрахунок витрат користувача. Витрати користувача поділяються на дві категорії: вартість затримки та витрати на ДТП. Вартість затримки (крок 6а) складається з додаткового часу та вартості експлуатації в результаті вимушених уповільнень та прискорень внаслідок зупинки на перехресті, плюс витрати на холостий хід під час зупинки автомобіля. Експлуатаційні витрати включають витрати пально-мастильних матеріалів, знос шин, технічне обслуговування та ремонт, амортизацію та інші відповідні витрати. Витрати в результаті затримки на перехресті залежать головним чином від типу та схеми обладнання для регулювання руху, рівня дорожнього руху на даній ділянці та швидкості на підході до світлофору. На ВДМ міст домінуючими видами ДТП є наїзди на пішоходів. Отже, розрахунок виконано для чітко виражених категорій постраждалих: пішоходи та інші учасники дорожнього руху.

Крок 7. Розрахунок переваг користувача. Переваги, пов’язані з покращенням руху на перехресті, включають два головних компонента: зиск користувача та прибуток, який отримується в результаті експлуатації світлофорної сигналізації.

Крок 8. Оцінка витрат на проект. Витрати на проект поділяються на вкладені кошти (конструкція, планування та розробка, придбання вуличної смуги та підготовка) і щорічні витрати (технічне обслуговування та ремонт і експлуатація).

Крок 9. Економічний аналіз. Для економічного аналізу покращення умов руху на міських перехрестях використовується метод, що включає відношення прибутку та витрат. Економічний аналіз включає: визначення існуючої в даний час величини прибутку і такого ж показника витрат; аналіз відношення прибуток/витрати.

Крок 10. Дослідження послідовних варіантів реалізації. При цьому кроці планування дослідник повинен розглянути такі можливості: впроваджувати обраний варіант негайно, або впроваджувати менш дорогий варіант одразу та більш дорогий пізніше.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розв’язано проблему мінімізації затримок транспорту на основному елементі магістральної ВДМ міста – регульованому перехресті з урахуванням транспортно-планувальної схеми останнього. При цьому отримані такі основні результати:

1. Проведений аналіз проблеми мінімізації затримок транспорту у містах виявив: наявність суперечливих даних з одних і тих же питань; відсутність системного підходу до проблеми; змішування понять “транспортна затримка” та “затримка транспорту”; відсутність зручної методики визначення величин затримок транспорту на регульованих перехрестях. Це дозволило сформулювати завдання дисертаційного дослідження.

2. Застосовано системний підхід до дослідження затримок транспорту, починаючи з оптимізації циклу світлофорного регулювання на окремому перехресті з урахуванням планувальних факторів до вибору певної конфігурації зони з групою світлофорних об’єктів та до довільної зони за критерієм “опору зони”, як нового нормативного показника.

3. Проведене розмежування понять “транспортна затримка” та “затримка транспорту”. Перший термін визначає витрати часу, які зазнають водії різних видів транспорту, пасажири міського пасажирського транспорту та пішоходи, які очікують можливості перетнути вулицю. Другий термін визначає втрати часу самого транспортного засобу. Це дозволило розробити класифікацію транспортних затримок в залежності від факторів та умов їх виникнення у містах, яка дозволила встановити, що затримки транспорту на регульованих перехрестях є основною складовою транспортних затримок у містах і визначають пропускну спроможність магістральної ВДМ.

4. Проведені експериментальні дослідження затримок транспорту із застосуванням методики та портативного приладу ПРИЗ ГС – 88, розроблених автором досліджень на регульованих перехрестях у містах: Києві, Горлівці, Краматорську, виявили залежності між тривалістю циклу світлофорного регулювання та середньою затримкою, довжиною перегону та швидкістю та для легкових автомобілів.

5. Науково обгрунтована і вирішена практична задача по визначенню оптимального циклу роботи світлофорів з урахуванням транспортно-планувальних характеристик магістральної вулично-дорожньої мережі. Розроблена програма оптимізації циклу світлофорного регулювання за критерієм мінімізації затримок транспорту дозволяє при постановці задачі вводити різні варіанти транспортно-планувальної організації перехрестя. Розроблена процедура прийняття рішень з удосконалення умов та організації руху транспорту на регульованому перехресті.

6. Впровадження результатів дисертації в практику буде сприяти зменшенню величин затримок транспорту на магістральній ВДМ міст і, відповідно, покращенню екології навколишнього середовища. Подальші дослідження повинні бути направлені на розробку показника “опір зони” та вивчення затримок транспорту при ДТП та заторах; пішоходів; пасажирів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Васильєва Г.Ю. Точність оцінки затримок транспорту на регульованих перехрестях у центрах міст // Мiстобудування та територіальне планування. – К.: КНУБА. – 2005. – Вип. 21. – С. 37-52.

2. Васильєва Г.Ю. Дослідження інтенсивності та затримок транспорту на регульованих перехрестях в центрі м. Києва // Безпека дорожнього руху України. – К.: ДНДЦ БДР ДДПС МВС України. – 2004. – Вип. 4 (19). – С. 30-31.

3. Рейцен Е., Васильева А. Задержки транспорта в городах как экономический фактор // Мiстобудування та територіальне планування. – К.: КНУБА. – 2001. – Вип. 13. – С. 229-238.

4. Васильева А.Ю., Рейцен Е.А. Планировка улично-дорожной сети и задержки транспорта // Мiстобудування та територіальне планування. – К.: КНУБА. – 2003. – Вип. 15. – С. 28-43.

5. Васильєва Г.Ю., Рейцен Є.А. Застосування теорії графів для моделювання транспортних потоків у містах // Мiстобудування та територіальне планування. – К.: КНУБА. – 2006. – Вип. 23. – С. 36-44.

6. Васильєва Г.Ю., Рейцен Є.А. Исследование кольцевых саморегулируемых пересечений в одном уровне // Мiстобудування та територіальне планування. – К.: КНУБА. – 2006. – Вип. 25. – С. 38-48.

7. Васильева Г.Ю. До класифiкацiї затримок транспорту на вуличнiй мережi мiст України // Тези доповідей 54-ї науково-практичної конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів і студентів. – К.: КІБІ. – 1993. –
С. 81.

8. А.Ю. Васильева, С.В. Дубова, Е.А. Рейцен. Стандарты услуг населению на ГПТ // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы VII Междунар. науч.-практ. конф.
(15-16 июня 2001 г., г. Екатеринбург). – Екатеринбург.: УрГЕУ. – 2001. – С. 63-64.

9. Рейцен Е.А., Васильева А.Ю. Исследования задержек транспорта в городах // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф.
(14-15 июня 2002 г., г. Екатеринбург). – Екатеринбург.: АМБ. – 2002. – С. 131-132.

10. Васильева А.Ю., Рейцен Е.А. О задержках движения ГПТ в зоне регулируемых перекрестков // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы ХII Междунар.
науч.-практ. конф. (14-15 июня 2006 г., г. Екатеринбург). – Екатеринбург.: АМБ. – 2006. – С. 98-101.

АНОТАЦІЯ

Васильєва Г.Ю. Методи мінімізації затримок транспорту на магістральній вулично-дорожній мережі міст України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.20. – Містобудування і територіальне планування. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2007 р.

Проведені дослідження показали необхідність розробки системного підходу до вирішення проблеми затримок транспорту на магістральній ВДМ міст з урахуванням планувальної структури останніх, особливо центральної зони.

Розроблена класифікація умов та факторів виникнення транспортних затримок у містах.

Для проведення експериментальних досліджень затримок транспорту у містах розроблено портативний прилад ПРИЗ ГС – 88 та спеціальна облікова форма, за допомогою яких були обстежені регульовані перехрестя у центральній зоні міст: Києва, Горлівки, Краматорська. Порівняння результатів обстежень з величинами затримок, отриманими за формулою Вебстера, показали, що похибка знаходиться у межах 5,8–14,32%.

Встановлені залежності між: тривалістю циклу світлофорного регулювання та середньою затримкою; довжиною перегону та швидкістю та для легкових автомобілів.

Розроблена програма оптимізації циклу світлофорного регулювання за критерієм мінімізації затримок.

Розроблений алгоритм процедури прийняття рішень з удосконалення регулювання та організації руху транспорту на ізольованому перехресті.

Ключові слова: вулично-дорожня мережа, затримки транспорту, інтенсивність дорожнього руху, АСУДР, світлофорний об’єкт, планувальна структура міста, пропускна спроможність.

АННОТАЦИЯ

Васильева А.Ю. Методы минимизации задержек транспорта на магистральной улично-дорожной сети городов Украины. – Рукопись.

Диссертация на соисканиеученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.20. – Градостроительство и территориальное планирование. – Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2007 г.

Проведенные исследования показали необходимость разработки системного подхода к решению проблемы задержек транспорта на магистральной улично-дорожной сети городов с учетом планировочной структури последних, особенно центральной зоны.

Проведено разграничение понятий “транспортная задержка” и “задержка транспорта”. Первое понятие определяет потери времени водителями разных видов транспорта, пассажирами городского пассажирского транспорта и пешеходами, ожидающими приемлемого интервала между движущимися автомобилями, чтобы пересечь проезжую часть. Последнее определяет потери времени самого транспортного средства не только при простоях в заторах, но и при уменьшении скорости движения из-за неправильно назначенных планировочных и геометрических параметров улично-дорожной сети; при торможении перед перекрестками; при проезде пешеходных переходов, остановок городского пассажирского транспорта. Это позволило составить классификацию транспортных задержек в городах по условиям и факторам их возникновения, которая позволила установить, что задержки транспорта на регулируемых перекрестках являются основной составляющей частью транспортных задержек.

Определено, что для выбора зоны регулирования АСУДР имеет значение конфигурация этой зоны. Приведено соотношение количества пересечений
(а, следовательно, и светофорных объектов) при квадратной и прямоугольной форме ячеек улично-дорожной сети. Показано, что переход от квадратной к прямоугольной форме ячеек сокращает количество пересечений на 64-89% в зависимости от соотношения сторон ячейки.

Показано, что в условиях высокой насыщенности улично-дорожной сети легковыми автомобилями действующий критерий оценки магистральной сети по плотности должен быть изменен. В качестве критерия должно быть принято соответствие емкости магистральной улично-дорожной сети величине перспективных машинопотоков.

Для проведения експериментальных исследований задержек транспорта в городах разработан портативный прибор ПРИЗ ГС – 88 и специальная учетная форма, с помощью которых были обследованы регулируемые перекрестки в центральной зоне городов: Киева, Горловки, Краматорска. Сравнение результатов обследований с величинами задержек, полученными по формуле Вебстера, показали, что погрешность находиться в пределах 5,8–14,32%.

Установлены зависимости между: длительностью цикла светофорного регулирования и средней задержкой; длиной перегона и скоростью и для легковых автомобилей.

Выделено семь состояний системы организации дорожного движения в подрайоне: одностороннее движение, саморегулируемое движение, нерегулируемое движение с дорожными знаками, изолированное светофорное регулирование, “зеленая волна”, системное управление с помощью АСУДД, раздельная схема регулирования с транспортными развязками в разных уровнях.

Разработана программа оптимизации цикла светофорного регулирования по критерию минимизации задержек, позволяющая на начальном этапе вводить различные планировочные ограничения.

Разработан алгоритм процедуры принятия решений по усовершенствованию регулирования и организации движения транспорта на изолированном перекрестке, включающий следующие десять шагов: определение проблемы; определение существующих условий движения на перекрестке; оценка будущих условий; определение ограничений; определение применяемых вариантов реализации; расчет затрат пользователя (стоимость задержек и затраты на ДТП); расчет преимуществ пользователя; оценка затрат на проект; выполнение экономического анализа; анализ и сранение последовательных вариантов реализации.

Ключевые слова: улично-дорожная сеть, задержки транспорта, интенсивность дорожного движения, АСУДД, светофорный обьект, планировочная структура города, пропускная способность.

ANNOTATION

Vasilyeva A.Y. The methods of minimization of transport delays on highway cities of Ukraine. – Manuscript.

The dissertation seeking academic degree of a Candidate of Engineering Sciences in speciality 05.23.20 – Town planning and territorial planning. – Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv, 2007.

The investigations showed the necessity of systematical approach to solving the problem of transport delay at highway of the cities with planning structure of the latter, especially the central area.

The classification of the conditions and factors of transport delays in the cities was developed.

For the conducting experimental investigations of transport delays in the cities the portable device was elaborated PRIZ GS-88 and special calculation form of crossroads was investigated in the central parts of the cities: Kiev, Gorlovka, Kramatorsk.

The comparison of the results of observations with transport delays were received by Vebster’s formula were showed that declination is in relations 5.8 – 14.32 per sent.

Established relations between duration cycle of the traffic light and everage delay; the distance and the velocity and for passenger cars.

The program of the traffic lights cycle optimization has been developed according criterion minimization of delays.

The algorithm of the procedura of refining and organization of transport moving at the isolated crossroad decision taking has been elaborated.

Key words: street-road network, transport delay, intensive transport traffic, ASMT, traffic-light object, planning structure of the city, admitted capacity.