Введение 3
Обзор литературы 8
Глава 1. Анализ статистических данных 11
§1.1. Динамика происшествий на автомобильных дорогах 11
§1.2. Динамика раненых на автомобильных дорогах 13
§1.3. Динамика погибших на автомобильных дорогах 14
Глава 2. Математические модели движения транспортных потоков на неоднородных участках дорог 17
§2.1. Модель движения на нерегулируемом перекрестке 17
§2.2. Исследование модели на устойчивость 20
§2.3. Численные эксперименты 21
Глава 3. Гидродинамические модели транспортных потоков 27
§3.1. Модель сохранения транспортного потока 27
§3.2. Модель Бюргерса для плотности потока 33
§3.3. Модель плотности потока с учетом изменения скорости 36
§3.4. Учет человеческого фактора при изменении скорости потоков 38
Заключение 44
Список литературы 47
В России после 1970 года, в связи со строительством и вводом в эксплуатацию автомобильного завода в г. Тольятти произошло резкое возрастание количества автомобилей, т.е. повышение уровня автомобилизации. Под уровнем автомобилизацией понимается среднее количество индивидуальных легковых автомобилей, приходящихся на 1000 жителей. Также стали заметны качественные изменения в структуре автомобильного парка страны, увеличилась максимально возможная скорость. В данных условиях технические возможности автомобилей не отвечали существовавшей в то время улично-дорожной сети. Стало заметно несоответствие организации дорожного движения автомобильной ситуации того времени.
В следствие выше сказанного, произошел быстрый рост аварийности. Решением некоторых проблемы являлось изменение улично-дорожной сети. Также в 1972 году было принято решение начать подготовку в учебных заведениях страны инженеров по организации дорожного движения. Таким образом, одним из необходимых мероприятий по предотвращению аварийности была реализация предложенных решений по обеспечению надежности дорожного движения.
Одним из важных направлений в данной области является исследование влияния множества различных показателей, среди которых интенсивность транспортного потока (количество автомобилей, проходящих через поперечное сечение дороги в момент времени t), плотность потока (количество автомобилей на единицу длины однородного по транспортноэксплуатационным качествам участка дороги в момент времени t), скорость движения, задержки в движении, на аварийность.
В последнее время заметен сильный рост автомобилизации. Тем не менее, скорость роста дорожно-транспортной сети заметно отстает от роста числа автомобилей. В качестве основного показателя развития дорожно-транспортной сети, помимо технических характеристик, рассматривается плотность дорожной сети. Под плотностью дорожной сети понимается отношение длины дорог в километрах к площади территории, на которой они расположены, в квадратных километрах (км/км²). В связи с большей скоростью роста автомобилизации относительно скорости роста плотности дорожно-транспортной сети, резко возрастает показатель аварийности - число погибших людей на 10 тыс. транспортных средств. Данная зависимость представлена на Рис. 1.
Рисунок 1.
Таким образом, важнейшим фактором, влияющим на безопасность дорожно-транспортной сети, является развитие дорожной сети. Также в некоторых работах исследуется вопрос о возможном перепроектировании типов дорог в соответствие с современными требованиями [14].
Существует множество причин, кроме плотности дорожно-транспортной сети, определяющих уровень безопасности, к ним относятся следующие:
• неудовлетворительный уровень соответствия автомобильного транспорта и параметрами дорог;
Строительство улично-дорожной сети заметно отстает от роста количества транспортных средств, что характерно для множества стран во всем мире. Разница становится более заметной в городах, где строительство дорог сдерживается финансовыми возможностями, также, что более значимо, ограничивается существующими планировкой и инфраструктурой.
• недостаточный уровень разграничения транспортных потоков от потоков противоположных направлений и других участников движения;
Дорожно-транспортные сети, в особенности расположенных в районе малонаселенных пунктов, движение автомобилей происходит вместе с другими участниками дорожного движения, таких как многогабаритные транспортные средства, грузовые автомобили, тракторы, гужевые повозки, мототранспорт, вело-транспорт, пешеходы и зачастую домашние животные. Описанное неоднородное движение может привести к образованию множества дорожно-транспортных происшествий. Под дорожно-транспортным происшествием понимается событие, возникшее в процессе движения по дороге транспортного средства и с его участием, при котором погибли или пострадали люди или повреждены транспортные средства, сооружения, грузы, либо причинён иной материальный ущерб [8].
В крупных населенных пунктах в связи с недостаточно развитой улично-дорожной сети, в основном, не существует возможности разделения потоков различных видов транспортных средств.
• низкий средний уровень профессионализма водителей.
В последнее время растет число потенциальных водителей, но во многих странах отсутствует достаточно развитая материально-техническая база. Также существует нехватка квалифицированных преподавателей. По этим причинам процесс подготовки потенциальных водителей не обеспечивает получения требуемых навыков и знаний.
При этом квалификация водителя является решающим звеном в обеспечении безопасности дорожного движения. Задание траектории автомобиля, соблюдение необходимых дистанций и интервалов между движущимися автомобилями, быстрое принятие решений для разрешения возможных, непредвиденных спорных ситуаций на дороге, зависят в основном от надежности водителя.
Уровень надежности дорожной сети зависит не только от технических характеристик дорожной сети, транспортных средств и уровня квалификации водителей. Безопасность дорожного движения обеспечивается при условии безопасности поведения или состояния нескольких компонентов, среди которых водитель, транспортное средство, дорога и среда движения.
Под надежным поведением водителя понимается состояние его здоровья, степени усталости, уровне квалификации, умении быстро реагировать на изменившиеся условия дорожного движения при ограниченном времени.
Относительно уровня надежности автомобиля рассматривается несколько технических показателей. К таким показателям относятся габаритные размеры, тяговые и тормозные качества, система световых приборов, маневренность, элементы пассивной безопасности и др. Под пассивной безопасностью понимается совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на уменьшении степени тяжести дорожно-транспортного происшествия. Совокупность данных свойств включает подушки безопасности, ремни безопасности, лобовые стекла типа “triplex” (рассыпаются при разрушении) и др.
Безопасность дорог включает в себя ширину проезжей части, качество дорожного покрытия, коэффициент сцепления автомобиля с покрытием дороги, геометрические параметры сети, состояние обочин, наличие и качество ограничительных элементов.
Под безопасной средой движения понимается влияние погодно-климатических условий, наличие других участников движения и др.
Безопасность дорожного движения обеспечивается надежностью перечисленных компонентов, тем не менее, создание абсолютно безопасной системы невозможно, в связи с присутствием в данной системе человека. Уменьшить влияние человеческого фактора возможно путем принужденного сосредоточения внимания, например на магистралях, сокращая длительные прямые участки дорог. Также эффективными способами являются обеспечение транспортного средства техническими средствами, такими как раздельный тормозной привод, антиблокировочные тормозные системы, устройства, предупреждающие об опасном расстоянии между транспортными средствами, а также другие устройства, приводящие к уменьшению времени принятия решений. Помимо технической составляющей автомобилей, используются установка дублирующих знаков и светофоров.
Таким образом, необходимо развивать качество подготовки водителей для сведения к минимуму возможных ошибок, поддерживать и улучшать технические характеристики транспортных средств, обеспечивать требуемое качество дорожного покрытия, проводить регулярные мероприятия по поддержке нормального состояния дорожной сети и оптимально организовывать дорожное движение. Также важное значение имеет работа медицинских служб, средств массовой информации по агитации и популяризации обеспечения безопасности движения, введение обучения в учебных заведения правил дорожного движения.
Целью работы являлась разработка, обзор и анализ математических моделей, описывающих различные показатели транспортных потоков, влияющих на безопасность дорожно-транспортной сети. К данным показателям относятся скорость, плотность и интенсивность транспортного потока.
Проведен анализ статистических данных относительно основных показателей, определяющих уровень безопасности дорожно-транспортной сети в РФ и по регионам, таких как количество дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах, количество раненых и погибших на автомобильных дорогах.
Для разработки эффективных стратегий по организации улично-дорожной сети необходимо принимать во внимание обширный спектр характеристик транспортного потока. В связи с неоднородностями участков дорог и потоках автомобилей, сложностью учета переменных дорожных условий, влияния человеческого фактора, возникают трудности в формализации процесса движения.
Рассматривая статистические данные, описывающие основные показатели уровня безопасности дорожного движения в России можно заметить отсутствие стабильности к снижению аварийности. Таким образом, существует необходимость более подробного исследования характеристик транспортного потока и нахождение оптимального решения в проектировании участков дорог в условиях современной ситуации на дорожной сети.
Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются автомобилисты, это наличие заторов на дорогах. При построении математических моделей можно описывать возможность появления заторов, путем рассмотрения плотности потоков.
Проводился обзор и анализ имеющихся математических моделей, описывающих движение транспортных потоков с позиций механики сплошной среды. Данные модели основаны на математических моделях, использующихся в гидродинамике.
Проанализирована модель, описывающая распределение плотности по координате с учетом зависимости скорости от плотности, в различные моменты времени. Рассмотрена модель изменения плотности в зависимости от скорости, которая описывается согласно уравнению Бюргерса. В данной модели в начальный момент времени подавалось возмущение в скорости потока, вследствие чего, наблюдалось снижение плотности, а затем ее резкое возрастание в связи с тем, что машины “набегают” на впереди идущие.
Был проведен анализ корректности выбора решения уравнения Бюргерса в форме автоволны.
Также была исследована модель, описывающая изменение скорости транспортных средств, при рассмотрении приспособленности водителей к движению со скоростью, согласующейся со скоростью транспортного потока. После анализа данной модели, можно сделать вывод, что замедленная реакция водителей на изменение дорожной ситуации приводит к увеличению плотности.
Разработана математическая модель движения транспортных средств на крестообразном нерегулируемом перекрестке дорог с однополосным движением в каждом направлении, модели, описывающие изменения основных показателей движения транспортных потоков, таких как скорость и плотность транспортных потоков. При рассмотрении модели движения автомобилей, проходящих через пересечение дорог, был проведен анализ связи между объемом входных потоков и возникновением заторов на дорожной сети.
Анализ статистических данных и результаты математического моделирования указывают на необходимость развивать материально-техническую базу, обеспечивать более строгий контроль качества формирования навыков и знаний у будущих водителей. Необходимо проводить мероприятия, направленные на повышение надежности системы “водитель - автомобиль - дорога - среда”.
Вследствие повышения качества образования, следует ожидать повышение надежности водителей транспортных средств, что является одним из важнейших факторов, отвечающих за безопасность дорожной сети.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
