1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
При сохраняющихся высоких темпах автомобилизации в Российской Федерации транспортная инфраструктура городов развивается менее интенсивно, что приводит к росту транспортных заторов, к потерям времени в дорожном движении, эмоционально-психологическому напряжению водителей и пассажиров, находящихся в транспортном заторе, что зачастую побуждает их к нарушениям правил дорожного движения, влечет за собой рост аварийности. За последние несколько десятилетий были приняты к реализации следующие нормативно-правовые акты: программы повышения безопасности дорожного движения в 2006-2012 гг. [1] и 2013-2020 гг. [2], Стратегия безопасности дорожного движения [3], Указ Президента РФ № 204 от 7 мая 2018 г. «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [4], направленный на достижение целевого показателя – 4 погибших на 100000 жителей к 2024 г., со стремлением к нулевому уровню смертности к 2030 г. Для достижения данного показателя предлагаются следующие пути: развитие и повышение качества улично-дорожной сети, внедрение новых стандартов обустройства автомобильных дорог, снижение и устранение мест концентраций дорожно-транспортных происшествий, внедрение новых технологий организации дорожного движения, в том числе с применением автоматизированных систем управления дорожным движением, интеллектуальных транспортных систем, усиление ответственности граждан за нарушение правил дорожного движения и др..
Реализация приведенных выше путей в полном объеме невозможна без квалифицированных специалистов и методической литературы по безопасности и организации дорожного движения.
В теории и практике безопасности и организации дорожного движения при обосновании выбора технологии организации дорожного движения на улично-дорожной сети применяют критерии:
‒ безопасности, основанные на оценке аварийности;
‒ организации дорожного движения, связанные с эффективностью, то есть с задержками в дорожном движении [5].
В частности, для обеспечения эффективности дорожного движения и удобства при выборе планировки пересечения автомобильных дорог и организации движения на перекрестке используются номограммы [6, 7, 8 и др.].
К недостаткам разработанных ранее номограмм можно отнести то, что в них не учитываются современные технологии организации дорожного движения, не предусмотрена возможность учета доли поворотных потоков, не в полном объеме показаны критерии выбора.
Таким образом, целью нашего исследования стало получение номограммы для обоснования планировки пересечения автомобильных дорог и организации движения на перекрестке по минимуму транспортных задержек с учетом применяемых современных технологий организации дорожного движения. Для достижения поставленной цели необходимо создать модели основных технологий организации дорожного движения и провести моделирование на них с варьированием значений интенсивностей движения по направлениям.
2 Материалы и методы
Данная работа является продолжением исследований, проводившихся на кафедре «Автомобильный транспорт» Волгоградского государственного технического университета [9, 10, 11].
Основным инструментарием проведенного исследования послужил программный комплекс по моделированию дорожного движения «Aimsun», неоднократно апробированный в данной области знаний и рекомендованный к применению методическими документами по организации дорожного движения.
Для исследования были выбраны следующие виды технологий организации дорожного движения:
– нерегулируемое пересечение;
– регулируемое пересечение;
– регулируемое пересечение с выделенными полосами для транспортных средств, ожидающих поворот налево;
– кольцевое пересечение с диаметром островка 40 м;
– кольцевое пересечение со светофорным регулированием и прорезанным центральным островком диаметром 40 м (КПСРПЦО).
Модели дорожного движения показаны на рис. 1.
|
а |
б |
|
|
|
г |
д |
||
а) регулируемый перекресток; б) регулируемое пересечение с выделенными полосами для транспортных средств, ожидающих поворот налево; в) кольцевое пересечение со светофорным регулированием и прорезанным центральным островком диаметром 40 м;
г) нерегулируемое пересечение; д) кольцевое пересечение с диаметром островка 40 м
Рисунок 1 – Технологии организации дорожного движения
В соответствии со ст. 3 ФЗ №443 «Об организации дорожного движения» [5] критерием эффективности организации дорожного движения является транспортная задержка. Наиболее распространена для оценки эффективности транспортного узла – средняя задержка на пересечении, рассчитываемая по формуле:
(1)
где 
‒ задержка на i-ом подходе к переходу, с; 
‒ интенсивность транспортного потока на i-ом подходе, авт./ч.
В программном комплексе «Aimsun» [12] применяется следующая формула для расчета транспортной задержки:
, (2)
где 
– задержка i-го транспортного средства (ТС) на участке дорожной сети (УДС), с;
– время в пути i-го ТС на участке УДС, с; 
– длина прямого участка, м; 
– длина криволинейного участка, м; 
– желаемая максимальная скорость i-го ТС, м/с;
– разрешенная скорость прямого участка, м/с; 
– разрешенная скорость криволинейного участка, м/с; θi – коэффициент выполнения требования разрешенной скорости движения.
В отличие от рекомендованной в отечественной методической литературе по организации дорожного движения методике Ф. Вебстера данная методика показывает хорошую согласованность с экспериментальными данными, полученными в условиях транспортного затора.
При проведении исследования были приняты следующие допущения:
- транспортные потоки состоят только из легковых автомобилей;
- интенсивности дорожного движения на встречных подходах к перекрестку равны;
- продольные уклоны составляют 0 ‰;
- ширина полосы движения составляет 3,75 м;
- доля транспортных средств, совершающих правый поворот по главной дороге – 5 %, совершающих левый поворот – 5, 10, 15, 20 %;
- доля транспортных средств, совершающих правый поворот на второстепенной
дороге – 5 %, совершающих левый поворот – 10 %; - отсутствие пешеходного движения.
Методика проведения исследования приведена на рис. 2.
Рисунок 2 – Методика проведения исследования
Исходя из геометрических размеров, а также описанных выше допущений, для подходов к перекресткам определялись потоки насыщения по главной и второстепенной дороге [13, 14]. Далее определялись интенсивности по главной и второстепенной дороге, которые составляли: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,45 от потока насыщения. Затем определялись интенсивности прямо, лево- и правоповоротных потоков. Структуры светофорных циклов рассчитывались согласно рекомендациям научно-технической литературы [5, 10, 13, 14].
Полученные интенсивности дорожного движения, структуры светофорных циклов вводились в модели дорожного движения. По окончанию моделирования получали значения транспортных задержек по каждому подходу, на основании которых рассчитывалась средняя задержка по формуле 1.
На основе рассчитанных средних задержек были определены области, в которых одна из исследуемых технологий организации дорожного движения наиболее эффективна, т.е. имеет минимальные средние задержки. Для уточнения границ полученных областей проводилось дополнительное моделирование.
3 Результаты исследований
В результате обработки результатов исследования была разработана номограмма (см. рис. 3) для обоснования планировочного решения перекрестка по критерию эффективности организации дорожного движения в зависимости от средних интенсивностей на пересекающихся дорогах (улицах) и доли левоповоротного потока.
Рисунок 3 – Предлагаемая номограмма для обоснования планировочного решения перекрестка по критерию эффективности организации дорожного движения
4 Обсуждение и заключение
На основании полученных номограмм видно, что применение нерегулируемых перекрестков показывает свою эффективность при интенсивности дорожного движения до 100 приведенных ед./час на полосу движения (рис. 3). При превышении данного значения начинается рост транспортных задержек по второстепенному направлению, что влечет к росту средней транспортной задержки на пересечении. Технология кольцевого пересечения позволяет по развязке двигаться сразу нескольким транспортным средствам, поэтому с ростом интенсивностей по одному из направлений данная технология является предпочтительней, чем обычное пересечение. С одновременным ростом интенсивностей на пересекающихся улицах (начиная от 190 приведенных ед./час до 380 по главному направлению и до 720 приведенных ед./час по второстепенному направлению) эффективность кольцевого пересечения снижается ввиду образования очередей въезжающих транспортных средств на круговую развязку. В этой области эффективна технология регулирования дорожного движения. С дальнейшим ростом средних интенсивностей дорожного движения левоповоротные потоки не успевают завершить маневр, вызывая помехи транспорту, движущемуся по противоположному направлению вплоть до блокировки перекрестка. В данной области эффективны технологии организации дорожного движения кольцевого пересечения со светофорным регулированием и прорезанным центральным островком и регулируемое пересечение с выделенными полосами для транспортных средств, ожидающих поворот налево. При последующем повышении средних интенсивностей происходит рост очередей транспортных средств перед развязкой, увеличении конфликтных ситуаций между транспортными средствами, заканчивающими левый поворот и начинающими движение на противоположенном направлении. Поэтому при таких интенсивностях уже необходимо рассматривать вопрос о возможности применения многоуровневых развязок.
Разработанная номограмма обоснования планировочного решения перекрестка хорошо согласуется с известными ранее и апробированными номограммами, а также с результатами исследования эффективности дорожного движения на нерегулируемых, регулируемых и кольцевых пересечениях.
Предлагаемая номограмма отличается от существующих учетом средних часовых интенсивностей дорожного движения и варьированием доли левоповоротного потока по основному направлению [6]. Кроме этого, в номограмму дополнительно введены кольцевое пересечение со светофорным регулированием и диаметрально прорезанным центральным островком и регулируемое пересечение с выделенными полосами для транспортных средств, ожидающих поворот налево.
Таким образом, в результате проведенного исследования была получена номограмма для обоснования вида планировки пересечения автомобильных дорог и организации движения на перекрестке по минимуму транспортных задержек с учетом применяемых современных технологий организации дорожного движения. Для ее получения были разработаны пять моделей перекрестков автомобильных дорог, с помощью которых выявлены наиболее эффективные решения при различных сочетаниях интенсивностей дорожного движения по направлениям.
