Загрузка дороги движением, ее пропускная способность и безопасность движения

Подавляющее большинство водителей проезжает сложные участки дорог с повышенной внимательностью. Как правило, эти участки требуют для безопасности проезда снижения скорости по сравнению со скоростью на предшествующем участке с более благоприятными дорожными условиями. Неосмотрительные и неопытные водители, мало считаясь с особенностями расположенных впереди участков дороги, могут въехать на опасный участок с высокой скоростью, превышающей безопасную для этого участка. Сталкиваясь неожиданно для себя с необходимостью резкого снижения скорости, они попадают в аварийную ситуацию. В аналогичное положение могут попасть и усталые водители, продолжительность времени реакции которых повышена. Опасным является и период выезда с опасных участков, когда возможны столкновения с встречными автомобилями при попытках обгона в сложных дорожных условиях медленно едущих автомобилей быстрыми.

Опасность возникновения происшествия может быть охарактеризована коэффициентом безопасности (рис. 2) — отношением скорости V, обеспечиваемой опасным участком, к скорости V_вх, которая может быть развита в конце предшествующего участка:

(7)

Рис. 2. Схема для определения коэффициента безопасности

Обследования большого числа опасных участков дорог и анализ первичных актов о дорожно-транспортных происшествиях показали, что участки с отношением скоростей движения одиночных свободно движущихся автомобилей 0,8—1,0 можно считать безопасными для движения, с отношениями 0,6—0,8 — малоопасными, 0,4—0,6 — опасными, менее 0,4 —очень опасными.

Обычно при въезде на сложные участки дорог водители интуитивно притормаживают, тем более сильно, чем ниже коэффициент безопасности. Для большинства водителей характерны следующие реализуемые при этом отрицательные ускорения:

Коэффициент безопасности 0,2 0,4 0,6 0,8 0,9

Отрицательное ускорение, м/с² 1,1 1 0,8 0,5 0,2

Именно непрерывностью и плавностью изменения кривизны трассы объясняются высокие транспортные качества и большая безопасность движения дорог, запроектированных с соблюдением принципов пространственной плавности и ландшафтного проектирования с введением длинных переходных кривых и обеспечением значительного расстояния видимости, исключающих резкие изменения скорости движения автомобилей.

Опасные места в связи с происходящим на них изменением скоростей движения, а иногда и перестроением транспортных потоков являются местами снижения пропускной способности дороги, а нередко и возникновения заторов. Изменение пропускной способности на сложном участке дороги связано с его коэффициентом безопасности. При разработке строительных норм и правил на автомобильные дороги принимают, что типичная пропускная способность дороги определяется точкой N пересечения на графике (рис. 3) линий экспериментальной зависимости средней скорости транспортного потока от интенсивности движения и теоретической зависимости между скоростью и пропускной способностью по предпосылкам простейшей динамической модели.

Первая из них выражается уравнением

(8)

где V₁ — скорость свободного движения одиночного автомобиля на рассматриваемом участке дороги, км/ч;

N — интенсивность движения, авт/ч;

— коэффициент, зависящий от состава потока движения.

Вторая кривая выражает уравнение интенсивности колонного движения в зависимости от постоянной скорости потока однотипных автомобилей:

(9)

где V_n — скорость, км/ч;

l₁ — путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя;

l₂ — тормозной путь;

l₃ — длина автомобиля;

l₄ — расстояние между автомобилями в случае остановки колонны;

Кэ — коэффициент эксплуатационного состояния тормозов;

— коэффициент сцепления;

i — продольный уклон дороги, принимаемый при движении на подъем со знаком плюс, а на спуск — со знаком минус.

Сумма l₃ + l₄ при составлении строительных норм и правил была принята по данным многочисленных наблюдений.

Структура формулы (8) показывает, что средняя скорость транспортного потока при изменении дорожных условий меняется на такое же значение, как и скорость свободного движения одиночного автомобиля V₁, т. е. при снижении его скорости из-за ухудшения дорожных условий с V₁ до V₂ скорость потока будет характеризоваться на графике линией FE. В пределах ограниченного интервала скоростей V₁-V₂ кривую 2 на рис. 3 можно с малой погрешностью заменить прямой AD.

Из подобия треугольников ABE и ACD

или (10)

В этой формуле — отрезок, отсекаемый на оси ординат спрямляющей линией; и — скорости, соответствующие интенсивности движения N₁ и N₂.

Подставив в формулу (10) с учетом зависимости (8) значения скоростей, соответствующих пропускной способности предшествующего и опасного участка N₁ и N₂, получим после преобразования

. (11)

Разделив обе части выражения (9) на и учитывая, что отношение — коэффициент безопасности при переходе с одного участка дороги на другой, получаем, что отношение пропускных способностей, которое можно назвать коэффициентом снижения пропускной способности,

(12)

Выражение (12) доказывает, что чем меньше коэффициент безопасности К_б, тем значительнее снижается пропускная способность дороги.

На многих дорогах России интенсивность движения превышает типичную пропускную способность. Условия движения при этом существенно ухудшаются. Расстояния между автомобилями в транспортном потоке вначале сокращаются за счет запаса l₄, а затем тормозного пути l₂. Напряженность работы водителей и риск наезда на впереди идущий автомобиль повышаются. В результате кривая теоретической пропускной способности как бы смещается на графике вправо в тем большей степени, чем сильнее превышает фактическая интенсивность движения пропускную способность. Скорость движения при этом становится заметно меньшей , а при существенном превышении теоретической пропускной способности могут возникать заторы.

Из-за уменьшения средней скорости транспортного потока на опасных участках дороги снижается эффективность использования автомобильного транспорта. Считая приближенно, что участок, на котором сказывается влияние опасного места (рис. 4), автомобили проходят не со входной скоростью , а со средней скоростью (V₂ — скорость проезда опасного участка), можно рассчитать, что суммарные потери автомобильного транспорта в результате снижения скорости связаны с коэффициентом безопасности зависимостью

(13)

где L — протяженность участка, на котором ощущается снижение скорости, км;

N — интенсивность движения, авт/ч; —стоимость эксплуатации автомобиля, руб/ч.

Рис. 3. Схема для определения связи пропускной способности дороги и безопасности движения:

1 – зависимость скорости транспортного потока от его интенсивности; 2- пропускная способность по формуле упрощенной динамической теории транспортного потока; - скорость при типичной пропускной способности

Рис. 4. Схема для определения потерь автомобильного транспорта от снижения скорости при проезде опасных мест:

1 — фактическая эпюра скорости; 2 — схематизированная эпюра скорости; 3 --средняя скорость движения

При высокой интенсивности движения суммарные потери автомобильного транспорта весьма ощутимы. Их учет существенно способствует обоснованию эффективности мероприятий по повышению безопасности движения при перестройке опасных участков. Таким образом, мероприятия по повышению безопасности движения одновременно увеличивают пропускную способность дороги и повышают производительность автомобильного транспорта. Затраты по осуществлению мероприятий по повышению безопасности движения не являются чисто расходной статьей сметы на содержание дорог, а быстро окупаются улучшением условий перевозок.