Методы оценки эффективности (качества) организации дорожного движения

При рассмотрении основного содержания инженерной деятельно­сти по организации дорожного движения (см. подразд. 1.2) была отме­чена необходимость оценивать количественными показателями резуль­таты внедряемых мероприятий. При этом отмечалась особая важность применения метода сравнения показателей "до и после". Это вызвано разнообразием конкретных условий движения, в связи с чем невозмож­но установить абсолютные значения оценочных критериев и следует анализировать изменения показателей, происходящие в результате со­вершенствования организации движения внедрением отдельных и ком­плексных мероприятий на данном участке УДС или в соответствующем регионе.

В принципе почти все характеристики, рассмотренные в предыду­щих главах учебника, могут быть использованы для такого анализа. Однако научные исследования и практика показывают, что могут быть выделены наиболее информативные и удобные для использования кри­терии. Очевидно, что каждый из них должен позволять оценить те тре­бования, которые выдвигаются практическими задачами или специфи­ческими исследовательскими целями. Наиболее важное значение для оценки эффективности внедряемых мероприятий имеют критерии, которые должны отвечать на вопрос, в какой степени достигнуты по­ложительные результаты в обеспечении безопасности движения, быст­роты автомобильных перевозок и их экономичности.

Оценка уровня безопасности базируется в основном на показате­лях статистики ДТП и на характеристике конфликтных точек и конф­ликтных ситуаций на рассматриваемых элементах УДС. Главы 2 и 3 содержат достаточно подробные сведения для анализа по этому на­правлению. Надо лишь дополнить следующее. Совершенствование применяемых методов и аппаратуры способствует появлению новых методических приемов, а также приборного обеспечения оценки внедренных решений. Однако в отечественной практике эта заклю­чительная часть деятельности по улучшению организации движения является пока самой слабой и редко выполняемой. Поэтому внедре­ние излагаемых далее методов является одной из важнейших перс­пективных задач для достижения более высокого уровня организа­ции движения.

Для оценки скоростных показателей транспортного потока могут быть использованы такие критерии, как мгновенная скорость в харак­терном сечении дороги, скорость сообщения на определенном участке маршрута, частота и продолжительность задержек транспортных средств, степень равномерности скоростного режима. Наиболее пока­зательной характеристикой является скорость сообщения, которая об­ратно пропорциональна затратам времени на передвижение транс­портных средств по УДС. Средние затраты времени на движение (темп движения Т_Д) измеряют в минутах, затраченных на проезд 1 км изучае­мого маршрута.

Весьма трудно установить универсальные нормы скорости v_c, которые должны быть обеспечены в городах при удовлетворитель­ной организации движения. На основе исследований можно ори­ентировочно отметить, что в периоды средней интенсивности дви­жения на магистралях с пересечениями в одном уровне может быть достигнута v_c = 40 км/ч для легковых автомобилей и v_c = 20 км/ч для наземного МПТ, следующего с остановками через 300 – 500 м. Од­нако с учетом значительных отличий конкретных условий движе­ния по различным улицам (профиль дороги, состояние покрытия, частота пересечений, режимы регулирования, условия движения МПТ) эти цифры можно принять в качестве ориентировочных, но не оценочных критериев.

При оценке конкретных улиц и маршрутов по скоростному режиму следует воспользоваться относительной оценкой, сравнивая скорость v_c, достигаемую фактически на разных участках магистрали. На рис. 4.9 показана пространственная диаграмма усредненной для каждого пере­гона скорости сообщения, полученная при исследовании на семи пе­регонах разной длины городской магистрали. Скоростной режим оп­ределялся с помощью ходовой лаборатории в пиковые периоды движе­ния. "Узкими" участками являются 3-й и 7-й перегоны, где скорость v_c упала соответственно до 15 и 12,5 км/ч. Задачей организаторов движе­ния является анализ причин резкого падения скорости в "узких" мес­тах и принятие мер для их устранения. Для сравнительной оценки обес­печиваемого эксплуатационного скоростного режима может быть рекомендован показатель уровня обеспечиваемой скорости K_v (коэффи­циент использования скоростного режима). В общем виде

где v_c и v_p – соответственно реализуемая при движении скорость сообщения и разрешенная на данной дороге (участке) скорость, км/ч.

Рис. 4.9. Результаты измерения скорости сообщения ходовой лабораторией на городской магистрали:

I, II и III – соответственно разрешенная, максимальная реализованная и средняя ско­рости на участках; IV – "узкие" места

Многие работы отечественных и зарубежных исследователей пока­зывают, что условия безопасности, а также расход топлива в значитель­ной мере зависят от стабильности скоростного режима на протяжении маршрута. Чем больше частота и диапазон колебаний (дисперсия) ско­рости автомобилей при проезде по магистрали, тем ниже относитель­ный уровень безопасности движения и топливная экономичность. Это положение подтверждает и развивает сказанное ранее об исследовани­ях, на основании которых получен график на рис. 4.9. Представляется возможным в качестве объективного метода для оперативной оценки эффективности организации движения использовать анализ прост­ранственно-временной характеристики скоростного режима, получен­ной ходовыми лабораториями. Наличие пространственно-временной характеристики скоростного режима позволяет определить математи­ческий шум ускорения (среднее квадратическое отклонение ускорения) на исследуемом участке:

,

где Т – время движения по исследуемому участку, с; a_i – мгновенные значе­ния ускорения, м/с²; dt – промежуток времени, принятый для фиксации ус­корения при анализе непрерывной записи скорости движения автомобиля в потоке, с.

Показатель шума ускорения может быть успешно применен для ха­рактеристики стабильности скоростного режима на перегоне при без­остановочном движении. Однако он не чувствителен к наличию пол­ных перерывов движения (остановок). Поэтому для объективной оцен­ки, особенно городских магистралей с регулируемыми пересечениями, следует применять показатель колебаний скорости (градиент скорости) G_v. Он является отношением шума ускорения к скорости сообщения на протяжении исследуемого участка: G_v = σ_a/v_c.

Исследования показали, что на магистрали с регулируемым движе­нием при шаге обработки записи скоростного режима (см. рис. 3.7) ∆v = 1 км/ч, а ∆t = 1 с и длине перегона 500–600 м G_v достигает при высо­кой плотности потоков 0,2 с^-1. Это свидетельствует о большой неста­бильности скоростного режима. При эффективной координации све­тофорного регулирования показатель колебания скорости не превышает 0,1с^-1.

Частным транспортно-эксплуатационным критерием, который мо­жет быть применен для косвенной оценки эффективности организации дорожного движения, является удельный расход топлива автомобилем (например, на 1 км пробега по маршруту). Достижение снижения расхо­да топлива на конкретных маршрутах при одинаковой интенсивности транспортных потоков за счет улучшения организации движения может служить весомым доказательством эффективности проводимых меро­приятий. Так, исследованиями, проведенными в МАДИ, установлено, что введение координированного регулирования обеспечивает снижение расхода бензина не менее 0,008 л на 1 км пробега условного автомобиля, масса которого 1 т. Это, например, означает, что для магистрали длиной 10 км с интенсивностью движения 10 000 авт/сут экономия топлива транс­портным потоком за 1 сутки составит около 800 л.

Особенно большое влияние на расход топлива автомобилями ока­зывают остановки, требующие последующего разгона. Исследования­ми в условиях движения в городах установлено, что современные оте­чественные автомобили с карбюраторными двигателями расходуют на каждый цикл разгона с места до скорости 60 км/ч около 0,1 л бензина на каждую тонну полной массы. Поэтому важными показателями ка­чества организации движения являются колебание скоростного режи­ма и число остановок на 1 км пробега.

Расход топлива представляет значительный интерес не только по экономическим соображениям, но и в связи с тем, что позволяет при­ближенно оценить степень загрязнения атмосферного воздуха на об­следуемом участке УДС. В табл. 4.2 приведены экспериментальные дан­ные о расходе топлива, л/км, и вредных выбросах, г/км, в городских условиях движения для автомобилей различных категорий (см. табл. 2.2) с бензиновыми двигателями.

Таблица 4.2

Категория ТС	Топливо	СО	NOx	СxHx
Ml	0,092	12,4	1,8	2,0
М2	0,191	40,19	1,2	3,1
M3	0,543	139,9	12,7	8,2
N1	0,135	39.6	3,0	4,0
N2	0,367	118,4	10,0	10,6
N3	0,673	113,8	16,3	7,1

Кроме уже упомянутых шума ускорения и градиента скорости, мож­но назвать такие распространенные параметры, как шум энергии и гра­диент энергии.

Чтобы пояснить значение энергетических критериев, следует под­черкнуть, что физический смысл их применения заключается в возмож­ности оценить потери энергии в транспортном потоке вследствие не­благоприятных условий движения (неоднородности потока, перенасы­щения дороги потоком, некачественной координации светофорного регулирования и т.д.).

Применение критериев шум энергии σ_Е и градиент энергии G_E оправдано при более глубоких исследованиях характеристик транс­портных потоков. При анализе скоростных режимов на городских магистралях было установлено, что с увеличением скорости движе­ния и продолжением движения в этом режиме уменьшаются мгно­венные и средние значения ускорений. В результате при высокой скорости не учитывается одно из основных противоречий дорожно­го движения "скорость – опасность". Однако данным обстоятель­ством обычно пренебрегают при определении оптимальных скорос­тных режимов по шуму ускорения.

Поэтому дальнейшее направление развития оценочных критериев связано с разработкой критерия, сформированного на основе оценки среднего квадратического отклонения мгновенных значений а_i и v_i от среднего значения . Этот критерий назван шумом энергии:

,

где а_i и v_i – мгновенные значения соответственно ускорения, м/с², и скорости, м/с, в одной и той же точке; – среднее значение произведения скорости на ускорение на исследуемом участке, м²/с³; n – число измерений скорости и ускорения.

Рассмотрим обоснованность такого названия критерия. Кинетичес­кая энергия движения автомобиля

,

где m – масса автомобиля

Производная энергия по времени характеризует процесс измене­ния кинетической энергии движущегося автомобиля:

,

Поскольку за промежуток времени dt между двумя замерами (2–3 с) масса автомобиля не изменяется, можно считать, что изменение энер­гии характеризуется произведением ускорения на скорость.

В отличие от ускорения произведение возрастает с увеличением скорости при неравномерном движении, а в случае приближения к ус­тойчивому режиму движения остается на одном уровне при скорости выше 40–45 км/ч. Это принципиальное различие позволяет получать более точную оценку режима движения, характеризуемого относитель­но высокой скоростью.

Шум энергии сравнительно редко используется при оценке ус­ловий движения. По имеющимся данным можно считать условия движения сложными при шуме энергии выше 4 – 5 м²/с³. Градиент энергии G_E является более универсальным критерием. Расчетная формула для его определения получается при преобразовании шума энергии: .

Экспериментальные исследования, проведенные проф. В. В. Зы­ряновым, показали, что наиболее существенное влияние на градиент энергии оказывают длительность задержек и неравномерность движе­ния. Степень взаимосвязи этих факторов с градиентом энергии при­мерно одинакова. Такие свойства позволяют успешно применять гра­диент энергии для оценки эффективности методов организации дорож­ного движения на регулируемой светофорами транспортной сети.

В результате этих исследований установлены следующие зависимо­сти между градиентом энергии и основными характеристиками транс­портных потоков:

– с увеличением интенсивности движения градиент энергии возрас­тает, т.е. критерий отражает те качественные изменения состояния транспортного потока, которые происходят при изменении уровня заг­рузки дороги (рис. 4.10, а);

– увеличение скорости сообщения и снижение задержек приводят к уменьшению градиента энергии (рис. 4.10, б);

– повышение стабильности скоростного режима способствует сни­жению градиента энергии;

– разнородность состава транспортного потока приводит к увеличе­нию градиента энергии.

Дорожно-транспортные условия движения можно ориентировоч­но охарактеризовать в соответствии со следующими значениями гра­диента энергии, м/с²:

Благоприятные	менее 0,3
Удовлетворительные	0,3–0,55
Сложные (неудовлетворительная организация дорожного движения)	более 0,55

При проведении исследований с целью оценки условий движения по энергетическим критериям необходимо измерять мгновенные зна­чения скорости v_i и ускорения а_i через определенные интервалы време­ни. При выборе дискретности отсчетов надо учитывать, что при малых интервалах регистрации данных увеличивается трудоемкость обработ­ки эксперимента, а при больших интервалах возможен пропуск суще­ственной информации об изменении режима движения. На основе про­веденных в МАДИ исследований показателя G_E рекомендуется регист­рация параметров через каждые 2с с помощью автоматизированной аппаратуры и микропроцессора для обработки данных.

Следует отметить, что при оценке состояния дорожного движе­ния специалистами ГИБДД или дорожно-эксплуатационной служ­бы далеко не всегда возможно и целесообразно применение точ­ных экспериментальных методов. Приходится использовать про­стейшие способы, ог­раничиваясь данными о ДТП и измерениями скоростей и задержек движения. Тем не ме­нее специалисты по ОДД должны знать об этих методах, а в необ­ходимых случаях при­бегать к помощи ис­следовательских лабо­раторий.

Рис. 4.10. Зависимость гра­диента энергии:

а – от уровня загрузки Z на городской магистрали; б – от средней продолжи­тельности Δt задержек на маршруте

Таблица 4.3

Категория условия движения	Коэффициент Z	q, авт/км	vс	Состояние транспортного потока
А	До 0,3	До 6	До 113	Свободный
В	0,5	" 13	" 90	Стабильный
С	0,7	" 19	" 80	Ограниченно стабильный
D	0,9	" 31	" 64	Приближен к нестабиль­ному
Е	" 1,0	" 43 (начало затора)	" 48	На уровне пропускной способности, переходит в нестабильный
F	Более 1,0	Более 4,7 до 93 (затор)	" 0	Стесненный, неустойчи­вый, переходит к состоянию затора

В заключение следует отметить, что с точки зрения потребите­лей, т.е. водителей ТС (профессионалов и любителей) первостепен­ным показателем остается средняя скорость движения (скорость со­общения), отражающая затрату времени на проезд по тому или ино­му маршруту. В связи с этим в дополнение к уже сказанному в отно­шении оценки скоростного режима следует остановиться на оценке условий движения показателем уровня обслуживания (уровнем удоб­ства движения) на дороге, разработанным в США и достаточно ши­роко признанным специалистами многих стран. Этот показатель практически определяется скоростью сообщения, которая может быть реализована на конкретной дороге. При этом исходят из того, что удобство и качество обслуживания определяются степенью на­пряженности (психической и физической нагрузки) труда водителя в транспортном потоке.

Весь диапазон условий движения разделен на шесть категорий. В табл. 4.3 приведены данные, указанные этим автором для каждой кате­гории условий движения, а именно: уровень загрузки Z полосы движе­ния, плотность q транспортного потока, реализуемая скорость v_c, а также условная терминологическая характеристика состояния транспортно­го потока.

Профессор В.В. Сильянов рекомендует, ориентируясь на отече­ственные условия дорожного движения и состав транспортного пото­ка, подразделять его состояние на четыре категории:

А............................ Z< 0,2 (поток свободный)

Б............................ Z = 0,2÷0,45 (поток частично связанный)

В............................ Z= 0,45÷0,7 (поток связанный)

Г............................. Z= 0,7÷1,0 (поток насыщенный с колонным движением)