Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Подготовка к началу научно-исследовательской практики
• 2. Основной этап научно-исследовательской практики
• 2.1 Анализ способов организации левоповоротного движения на пересечениях
• Заключение

Введение

Научно-исследовательская практика - вид учебной работы, направленный на расширение и закрепление теоретических и практических знаний, полученных аспирантами в процессе обучения, формирование компетенций в соответствии с образовательным стандартом.

Задачи практики:

- выработка комплекса навыков осуществления научного исследования для подготовки диссертации;

- овладение навыками работы с научной литературой;

- формирование навыка создания банка данных источников литературы по теме научного исследования;

- формирование навыка составление расширенной программы исследований, выбора методов исследования.

1. Подготовка к началу научно-исследовательской практики

Я, аспирант Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова, прошел научно-исследовательскую практику для выработки комплекса навыков осуществления научного исследования, овладения методами коммуникативного взаимодействия с научной аудиторией в условиях высшей школы.

На данном этапе подготовки к научно-исследовательской практике по рекомендации руководителя был создан план работ и изучена литература создающая основу базы знаний касающихся данного вопроса.

План научно-исследовательской практики:

- анализ способов организации левоповоротного движения на пересечениях.

2. Основной этап научно-исследовательской практики

2.1 Анализ способов организации левоповоротного движения на пересечениях

Опираясь, на труды ученых в области организации и управления дорожным движением, было изучено современное состояние науки и практики в области управления движением на регулируемых перекрестках (В.А. Владимиров, Ю.А. Врубель, А.Н. Красников, А.Ю. Кременец, Е.М. Лобанов, А.Ю. Михайлов, М.П. Печерский, А.А. Поляков, И.Н. Пугачев, П.В. Рушевский, М.С. Фишельсон, и другие).

Этапы развития технических средств регулирования левых поворотов и методов организации движения можно разделить на два периода: первый - конец 20-х - конец 60-х; второй - с конца 60-х гг. по настоящее время.

На первом этапе светофорное регулирование осуществлялось с помощью релейных автоматов или контроллеров. Их отличительная черта - необходимость разрабатывать и изготавливать отдельный контроллер с определенным устройством схемы соединения ламп под каждую схему организации движения. Чтобы изменить схемы регулирования, необходимо было переделывать автомат.

С 1930 года до конца 1945 года, левые и правые повороты в расчете светофорных циклов не учитывались. Это связано с тем, что поворачивать на право разрешалось при любом сигнале, а на налево - при желтом сигнале светофора и во время горения зеленого сигнала при отсутствии помехи встречного потока [1].

Для городов СССР, характеризовавшихся низкой интенсивность движения, такой подход был повсеместным. Организация движения левых поворотов осуществлялась только в конфликте с транспортными потоками, так как технические средства не позволяли осуществлять трех- и более фазное движение с выделением фазы для левых поворотов. Практически все схемы светофорного регулирования в первый период были двухфазными. Трехфазное регулирование применялось в единичных случаях и требовало сложной по тем временам аппаратуры.

На сложных перекрестках, напримёр с левыми поворотами трамвая, с треугольником трамвайных путей или если количество сходящихся направлений превышало четыре, трех позиций светофора оказывалось недостаточно, так как уже при левом повороте трамвая в целях безопасности приходилось вводить положение, когда зеленому сигналу светофора одного направления соответствуют красные сигналы трех других направлений [1].

Автоматы, управляющие работой светофоров, базировались на вращающемся колесе с кулачком. Автоматы 30-х годов могли осуществлять только двухфазное регулирование и не позволяли точно менять длительность тактов. Длительность цикла менялась посредством изменения скорости вращения колес; при этом пропорционально увеличивалась длительность промежуточных и основных тактов. Для изменения соотношения основных тактов применялись другие автоматы. В них колеса имели уже два импульсных сектора для желтых сигналов, перемещением которых можно было добиваться некоторого соотношения длительности тактов.

Таким образом, до начала 40-х при использовании автоматов для изменения режимов регулирования требовалась разборка контроллера, а иногда и замена. Поэтому организация движения левых поворотов на регулируемых перекрестках носила исключительно конфликтный характер и организовывалась методом просачивания.

Переход к новой организации дорожного движения тормозили ограниченные возможности трехсекционных светофоров. Нужны были новые формы светофоров.

В 1957 году впервые появились светофоры с дополнительными световыми сигналами - зелеными стрелками, дающими разрешение двигаться в соответствующих поворотных направлениях. Такая система позволила внести

большую четкость в организацию движения и повысить его безопасность и пропускную способность [2].

С введением дополнительных секций: светофоров появилась возможность использовать новые трехфазные схемы регулирования. Одна из фаз использовалась для бесконфликтного пропуска всех правых поворотов и двух смежных левых [3].

Широкое распространение в этот период получает многопрограммное регулирование. В это время продолжалось логическое развитие релейных контроллеров и методов организации движения левых поворотов. Но недостатки релейных контроллеров (сложность изменения длительности тактов и циклов) по-прежнему мешают совершенствованию организации дорожного движения. Остро ощущается и ограничение возможностей автоматов при перепрограммировании на новые схемы организации движения.

В конце 60-х были разработаны электронные контроллеры - это новый этап развития организации дорожного движения левых поворотов. Их особенность - возможность легкого перепрограммирования схем регулирования, требующая только внесения необходимых данных.

Можно выделить три поколения электронных контроллеров: первое - до 1980 г.; второе - 1980-1985 гг.; третье - 1985 г. по настоящее время.

Электронные контроллеры первого поколения имели следующие отличительные особенности: выполнены на дискретных элементах, узкая специализация по алгоритмам управления, отсутствие возможности управления по отдельным направлениям движения на перекрестке (следовательно, и реализация переходных интервалов, состоящих из двух и более промежуточных тактов), ограниченное число фаз регулирования (не более трех). Контроллеры первого поколения не могли реализовывать сложные промежуточные такты: применение "отсечки" для левого поворота было невозможно.

Главная отличительная особенность контроллеров второго поколения - построение из унифицированных блоков (агрегатный принцип). Значительно улучшилась технология управления; появилась возможность управлять движением по отдельным направлениям движения на перекрестке, увеличилось число фаз регулирования, в контроллерах появились устройства, обеспечивающие безопасность движения при выходе из строя ламп красного сигнала или включении зеленых сигналов в конфликтующих направлениях.

С использованием микропроцессорной техники (ДКМП) было освоено производство контроллеров третьего поколения. Они существенно отличаются по конструктивному исполнению и технологии управления от контроллеров более ранних выпусков. Контроллер позволяет оперативно изменять длительность основных и промежуточных тактов, количество фаз (до 12) и порядок их чередования, программы управления по временам суток с учетом выходных, праздничных, четных и нечетных дней (до 8, с возможностью их повторения в течение суток) [4].

Основное преимущество контроллеров третьего поколения при организации движения левых поворотов - возможность изменения промежуточных тактов в зависимости от программы регулирования в течение суток. Это означает, что для организации 'движения' налево с помощью "отсечки" можно задать несколько программ с разной длительностью (в зависимости от интенсивности движения)[5].

В настоящее время для улучшения качества движения все чаще используются светофорные объекты нового поколения, которые модернизируются вместе с изменениями ситуации на дорогах. Рассмотрим структуру светофорного регулирования, которая характеризуется такими понятиями, как такт, фаза и цикл регулирования. Структура светофорного цикла подробно отражена в трудах А.Ю. Кременца [6] и А.Г. Левашева [7].

Тактом регулирования называется период действия определенной комбинации светофорных сигналов. Такты бывают основные и промежуточные. В период основного такта разрешено (а в конфликтующем направлении запрещено) движение определенной группы транспортных и пешеходных потоков. Во время промежуточного такта выезд на перекресток запрещен, осуществляется движение транспортных средств, водители которых не смогли своевременно остановиться у стоп-линии на подходе к перекрестку. Осуществляется подготовка передачи права на движение следующей группе потоков. Указанная подготовка означает освобождение перекрестка от транспортных средств и пешеходов, имевших право на движение во время предыдущего основного такта[8].

Рис. 1 Структура светофорного цикла: а - с одним промежуточным тактом в каждой фазе; б - с тремя промежуточными тактами в первой фазе; 1 - 6 - номера тактов

Главной целью применения промежуточных тактов является обеспечение безопасности движения в переходный период, когда движение предыдущей группы потоков уже запрещено, а последующая группа разрешение на движение через перекресток еще не получила.

Фазой регулирования называется совокупность основного и следующих за ним промежуточных тактов.

Обычно число фаз регулирования соответствует числу наиболее загруженных конфликтных направлений движения на перекрестке. Минимальное число фаз равно двум (в противном случае отсутствуют конфликтующие потоки, и необходимость в применении светофоров отпадает).

Циклом регулирования называется периодически повторяющаяся совокупность всех фаз.

Под режимом светофорного регулирования понимаются длительность цикла, а также число, порядок чередования и длительность составляющих цикл тактов и фаз. В аналитическом виде режим светофорного регулирования можно представить в виде суммы:

(1)

где С - длительность цикла регулирования, с; g₁ ... g_n - длительности основного такта, с; I_n - длительности промежуточного такта, с; n - число фаз.

Промежуточный такт обозначается желтым сигналом для направления, где ранее (во время основного такта) осуществлялось движение (рис. 1, а). Учитывая, что в период его действия возможно движение транспортных средств, водители которых, находясь в непосредственной близости от стоп-линий, не смогли своевременно остановиться в момент его включения, его длительность t_ж не должна быть менее 3 с. С другой стороны, с позиций безопасности движения, в учебнике А.Ю. Кременец [6] (для предотвращения злоупотреблений водителями правом проезда на желтый сигнал) длительность желтого сигнала предлагает устанавливать не более 3 с. Таким образом, длительность желтого сигнала во всех случаях должна быть равной 3 с. Однако в пособии А.Г. Левашева, автором предлагается длительность желтого сигнала увеличить до 4 с. Таким образом, его длительность не должна быть меньше 3 с. и больше 4 с.

Вместе с тем, встречаются случаи, когда транспортному средству, проехавшему стоп-линию в момент выключения разрешающего сигнала, требуется для освобождения зоны перекрестка более 4 с. Это может быть вызвано широкой проезжей частью в зоне перекрестка или сравнительно низкой скоростью транспортных средств. В таких случаях после основного такта, как правило, включаются последовательно два промежуточных: по истечении 4 с желтый сигнал в рассматриваемом направлении заменяется на красный. В поперечном (конфликтующем) направлении продолжает действовать красный сигнал, который заменяется на сочетание красный с желтым непосредственно перед включением зеленого сигнала (за 3 - 4 с). Таким образом, на перекрестке в течение определенного времени может по всем направлениям действовать красный сигнал (рис. 1, б).

Промежуточные такты, образованные вышеописанными методами, получили название переходные интервалы. Структура переходного интервала может быть и более сложной. Это зависит от конфигурации перекрестка, параметров транспортных и пешеходных потоков и от принятой схемы организации движения. В целях снижения транспортной задержки длительность переходных интервалов не назначают более 8 с. При больших значениях переходных интервалов следует рассматривать возможность устройства промежуточных стоп-линий.

Увеличение парка и соответственно интенсивности движения в городах Российской Федерации неизбежно ведут к резкому увеличению количества объектов светофорного регулирования. В связи с этим изучение и совершенствование методики проектирования регулируемых пересечений представляют несомненный практический интерес.

Одним из основных параметров, необходимых при проектировании регулируемого пересечения, является интенсивность движения транспортных средств. При этом интенсивность движения на регулируемом пересечении можно разделить на две составляющих:

- интенсивность прибытия транспортных средств на подходе на пересечении;

- интенсивность убытия (разъезда) очереди транспортных средств после включения разрешающего сигнала.

Интенсивность убытия транспортных средств напрямую связана с величиной потока насыщения.

Под интенсивностью прибытия (далее по тексту - интенсивность движения) транспортных средств к регулируемому пересечению чаще всего понимают эквивалентную часовую интенсивность. Ее рассчитывают как отношение количества транспортных средств, к интервалу времени, в течение которого данное количество транспортных средств проезжает какое-либо конкретное сечение улицы или дороги, например, стоп-линию. Как правило, при определении эквивалентной часовой интенсивности рассматривается интервал менее 1-ого часа. Следует отметить, что интенсивность прибытия транспортных средств к регулируемому пересечению выражается в приведенных единицах в час (т.е. эквивалентным количеством легковых автомобилей).

Интенсивность движения изменяется в течение месяцев года, дней недели, часов суток, а также в течение часа. Все эти изменения интенсивности необходимо учитывать, чтобы в пиковые часы элементы улично-дорожной сети, в нашем случае регулируемые перекрестки, работали без отказов (т.е. образования заторов на подходах к ним). В качестве примера изменений интенсивности на рис. 2 - 5 представлены результаты наблюдений за транспортными потоками в штате Миннесота (США) [78].

Рис. 2 Изменение интенсивности движения в течение месяцев года в сравнении со среднегодовым значением интенсивности (AADT)

Изменение интенсивности в течение месяцев года связано с экономической активностью района, в котором находится рассматриваемый регулируемый перекресток.

Отмечены следующие закономерности [78]:

- изменение интенсивности в течение месяцев года является более выраженным на пригородных маршрутах, обслуживающих зоны отдыха, чем на пригородных маршрутах, обслуживающих места приложения труда и центры деловой активности (бизнес зоны);

- изменение суточной интенсивности в течение месяцев года является более выраженным на маршрутах, обслуживающих зоны отдыха.

Изменение интенсивности в течение дней недели также связано с типом района, где проводятся исследования. Интенсивность движения во время выходных дней недели значительно ниже, чем в будние дни для маршрутов, обслуживаемых в основном трудовые и деловые поездки (рис. 3).



Рис. 3 Изменение интенсивности движения в течение дней недели [78]

Максимальная интенсивность движения на маршрутах, обслуживающих зоны отдыха, приходится на выходные дни. В целом наибольшие изменения интенсивности наблюдаются на маршрутах, обслуживающих зоны отдыха.

Рис. 4 Изменение интенсивности движения в течение суток [78]

Основные зависимости изменения часовой интенсивности движения в течение суток представлены на рис. 4. Выраженный пик интенсивности в утренние и вечерние часы характерен для городских маршрутов в будние дни. При этом вечерний пик интенсивности выше утреннего. В выходные дни на городских маршрутах пиковая интенсивность ниже и ее изменение более растянуто с начала до середины послеобеденного периода.

Маршруты, обслуживающие зоны отдыха также имеют один пик интенсивности в течение дня. Пиковые интенсивности движения в субботу на таких маршрутах начинаются поздним утром или в начале послеполуденного периода времени (транспортные средства отправляются к месту отдыха), а в воскресенье - в конце послеобеденного или в начале вечернего периода (возвращение домой).

Рис. 5 Изменение интенсивности движения в течение суток [78]

Очень важно учитывать возможность того, что изменение интенсивности движения в разные дни могут быть схожими на одном и том же участке УДС. Постоянный характер изменения интенсивности позволяет использовать это обстоятельство при проектировании и планировании организации движения на регулируемом пересечении. Как пример, (рис. 5) приводим результаты исследований, выполненных в центре Торонто [78].

Область, ограниченная пунктирными линиями указывает на диапазон, в котором сосредоточена 95% всех обследованных значений. Несмотря на то, что городской улично-дорожной сети присуще изменение интенсивности движения в течение дня, отклонения значений интенсивности в большую и меньшую стороны практически остается в одном диапазоне.

Следует отметить, что данные представленные на рис. 2 и 3, относятся к конкретному участку УДС и они не должны использоваться, как нормативные значения. В каждом конкретном случае рассмотренные изменения интенсивности должны устанавливаться обследованиями.

Изменение интенсивности в течение часа пик учитывается при анализе уровня обслуживания транспортных потоков на регулируемом пересечении. При этом чаще всего применяемые процедуры оценки уровня обслуживания движения основаны на 15-минутных пиковых интервалах [78]. На рис. 4 представлен пример изменения интенсивности движения в 5-минутных интервалах. Максимальная интенсивность движения на рисунке в течение 5-и минут составляет 2232 прив.ед/час при этом максимальная 15-минутная интенсивность составляет 1980 прив.ед/ч. Общая часовая интенсивность составляет 1622 прив.ед/ч. Пиковая 5-минутная интенсивность приведет к большей величине интенсивности движения, чем пропускная способность, в течение всего часа пик. В результате общая превышающая пропускную способность интенсивность движения в течение часа пик приведет к перенасыщению в течение последующего часа.

Несмотря на то, что обычно в качестве периода исследования выбирают 15-минутный интервал, могут использоваться интервалы другой длительности. Интенсивность прибытия транспортных средств к перекрестку может быть получена для более длительного периода, при этом используется специальный поправочный коэффициент, который получил название "пиковый фактор" [78].



Рис. 6 Изменение интенсивности движения в течение пикового периода [78]

Приведение интенсивности движения к пиковой интенсивности осуществляется несколькими способами (рис. 7):

Метод "А": длительность исследуемого периода составляет 15 минут, т.е. длительность этого периода составляет 0,25 часа. В этом случае часовая пиковая интенсивность или приведенная пиковая интенсивность, полученная по 15-минутному интервалу, могут быть получены с помощью формулы (2):

(2)

где _p - приведенная пиковая интенсивность прибытия транспортных средств на подходе (полосе) к регулируемому пересечению, измеренная в течение 15-минутного интервала, прив.ед/ч; V - пиковая интенсивность движения, измеренная в течение всего часа пик, прив.ед/ч; PHF - пиковый фактор (при отсутствии данных принимается равным PHF = 0,92).

Рис. 7 Исследование пиковой интенсивности движения [78]

Основным недостатком такого метода является то, что рассматривается лишь один 15-минутный интервал, хотя очередь на рассматриваемом элементе регулируемого пересечения может оставаться и после этого интервала, поскольку интенсивность движения превышает пропускную способность.

Метод "В": исследование протекает в течение всего периода Т (в течение часа). В этом случае могут быть учтены более критические периоды, когда интенсивность прибытия превышает пропускную способность рассматриваемого элемента перекрестка, что исключается в методе "А". Недостатком метода "В" является то, что в результате часового периода исследования интенсивность прибытия автомобилей будет предполагаться постоянной в течение всего часа. В результате такого подхода эффект пикового часа внутри интервала исследования, когда в течение 15-минутного интервала интенсивность значительно превышает среднее значение интенсивности в час, будет упущен. В этом случае возникает риск недооценки возможной задержки движения в течение часа на рассматриваемом элементе регулируемого пересечения. В этом случае, если на конец исследуемого периода все еще имеется остаточная очередь, необходимо продлить исследование еще на такой же интервал времени и т.д. пока не ликвидируется остаточная очередь.

Метод "С": исследование протекает в течение всего периода Т (в течение часа), но при этом разделено на 15-минутные интервалы времени. В этом случае появляется возможность учитывать остаточную очередь, которая переносится с одного на последующий 15-минутный интервал исследования. В результате, если интенсивность прибытия превышает его пропускную способность, может быть достигнуто более точное измерение величины задержки на рассматриваемом элементе регулируемого пересечения.

Часовую интенсивность движения приводят к максимальной пиковой интенсивности, которая может быть достигнута лишь в течение 15-минутного периода. В результате конечное значение интенсивности, используемое в расчетах, будет завышено, что приведет к некоторому увеличению оценок транспортных задержек. При проектировании это позволяет учесть максимальный скачок интенсивности в течении часа пик.

Следует еще раз подчеркнуть, что в случаях, когда отношение интенсивности движения v к пропускной способности с (v/c-отношение - уровень загрузки) больше, чем 0,9 - длина анализируемого периода начинает значительно влиять на оценку величины задержки. В таком случае, если интенсивность движения, полученная в течение 15-минутного периода, остается постоянной, то длительность анализируемого периода следует продлять пока интенсивность движения остается постоянной.

Если уровень загрузки (v/c-отношение) превышает значение 1,0 в течение анализируемого периода, то, пока интенсивность движения остается постоянной, обследование должно быть продлено до момента снижения величины уровня загрузки ниже значения 1,0. Если при этом полученная длительность анализируемого периода превышает 0,25 ч, а интенсивность движения в течение более коротких периодов (15 мин. и ниже) изменялась, то результаты обследования могут быть приведены к среднему значению.

Вопросы, связанные с организацией дорожного движения на регулируемых пересечениях были отражены в трудах М.Б. Афанасьева [8], В.Е. Верейкина [9-11], Ю.А. Врубель [12], В.Т. Капитанова [13, 14], В.М. Кислякова [15], Г.И. Клинковштейна [16, 17], Коноплянко В.И. [18], Ю.А. Кременца [19-23], Е.М. Лобанова [24-25], А.Ю. Михайлова [26], Т.В. Москалевой [27], Н.Ш. Никурадзе [28, 29], А.Г. Романова [30], В.В. Сильянова [31], Ю.Д. Шелкова [32], R. Akcelik [33-36], A.D. May [37, 38], D.R. McNeil [39], A.J. Miller [40-42], G.F. Newell [43-49], R.M. Shanteau [50], F.V. Webster [51] и ряда других авторов [52, 53, 54, 55-91, 92, 93, 94, 95-107, 108-119, 120, 121].

При расчете режимов регулирования, при оценке качества обслуживания движения транспортных средств на подходах к регулируемому перекрестку ведущими исследователями используется ряд уже давно устоявшихся критериев. В их состав входят: поток насыщения; эффективная длительность сигналов; задержка регулирования; суммарная задержка; длина очереди транспортных средств; пропускная способность полосы движения \ подхода к перекрестку \ перекрестка в целом; уровень насыщенности; уровень качества обслуживания; временной интервал; длительность цикла регулирования; коэффициент приведения к легковому автомобилю.

Над проблемой расчета параметров светофорного регулирования работали В.А. Владимиров [4], А.Ю. Кременец [6, 22, 21], Е.М. Лобанов [122, 123], М.П. Печерский [6, 22], А.А. Поляков [124, 125], П.В. Рушевский [126], М.С. Фишельсон [127, 128], А.Н. Красникова [129].

За рубежом проблемой расчета циклов светофорного регулирования занимались Ф.В. Вебстер, Б.Д: Гриншильдс, Т.М. Метсон, А.Д. Миллер, У.С. Смит и ряд других специалистов. Результаты их работы вошли в "Руководство по расчету пропускной способности" США 1950, 1965, 1985 и 2000 гг. [130].

Первый отечественный ученный, предложивший формулу для расчета циклов регулирования на перекрестках - А.А. Поляков [2, 124, 125, 131, 132]. Он заметил, что процесс движения автомобилей на перегоне и в зоне перекрестка после остановки различается по характеру и последовательности элементов движения. В схеме расчета пропускной способности перегона наиболее существенную роль играет процесс торможения автомобиля и, значит, вопрос сводится к определению наименьшего допустимого (безопасного) расстояния между движущимися автомобилями при различных скоростях движения.

Условия пропуска автомобилей через стоп-линию характеризуется замедлением и остановкой автомобилей; стоянкой в ожидании пропуска; пуском автомобилей после появления сигнала, разрешающего движение; ускорением и прохождением пересечения с ограниченной скоростью.

А.А. Поляков разработал теорию расчета, пропускной способности улиц [132] и опроверг применявшуюся ранее теорию Льюиса.

Общая длительность цикла двухфазного регулирования А.А. Поляковым определялась как:

(3)

где А - полная длительность цикла смены сигналов, с;

t₁ и t₂ - длительность тактов (полных периодов пропуска движения по главной и второстепенной улицам), с;

t_з - длительность зеленого сигнала для пропуска движения по одной из пересекающихся улиц, с;

t_к - то же для второй улицы (период красного сигнала для первой улицы), с;

с₁ и с₂ - длительность периодов желтого сигнала, с.

Для определения длительности основных тактов А.А. Поляков использовал следующую формулу:

(4)

где t₀^_ длительность реакции водителя и период приведения в движение первого автомобиля после появления зеленого сигнала, с; q - средний интервал между автомобилями, выходящими со стоп-линии, с; m₁ и m₂ - количество легковых автомобилей, пропускаемых по пересекающимся расчетным наиболее нагруженным полосам проезжей части за цикл.

На основе двух предыдущих формул продолжительность цикла определяется как [132]

(5)

Для трехфазных схем регулирования применялась аналогичная формула:

(6)

где а, b и d - длительность основных тактов (зеленых сигналов) для каждой фазы регулирования, с.

По А.А. Полякову, величины а, b и d зависят от количества автомобилей т ₁,т ₂, т ₃, которые должны пропускаться по соответствующим направлениям в течение цикла по наиболее напряженной полосе.

В большинстве случаев А.А. Поляков принимал суммарную продолжительность желтых тактов в трехфазном цикле равной в среднем 20 % общей продолжительности цикла А или 720 с в течение часа. Тогда формула (6) преобразовывалась:

(7)

Для повышения пропускной способности левых поворотов без выделения отдельной фазы предлагалось увеличение длительности желтого сигнала:

(8)

где С_д - длительность желтого сигнала, с; q_л - интервал движения левых поворотов (принимался аналогично данным США 1940-х годов равным 4 с [133]), с; т_п - интенсивность движения левых поворотов, ед./цикл [134].

Если левоповоротный поток в каком-либо направлении на данном перекрестке значителен по размерам и имеет регулярный характер, для него выделяется в составе светофорного цикла специальный рабочий период, соответствующий продолжительности (d):

(9)

где t₀ - длительность реакции водителя и период приведения в движение первого автомобиля после появления зеленого сигнала (принимается равным 2 с - для легковых автомобилей и 3 с - для грузовых автомобилей), с; q _л - средний интервал между автомобилями, выполняющими левый поворот на пересечении (4 с - для легковых, 6 с - для грузовых), с; т_л - интенсивность движения налево, ед./ч [124].

А.А. Поляков первым из отечественных ученых показал, что изменение интенсивности левоповоротного потока от 150 до 500 авт./ч сократит пропускную способность прямых потоков в других направлениях на 23-69 % [2]. То есть пропускная способность левого поворота меньше, чем у прямых потоков.

Формулы А.А. Полякова довольно просты, но в них есть и недостатки: сложность определения, длительности циклов, ограниченность применения (формулы неприменимы при 4-фазном регулировании, а также в случае движения одного из направлений в двух фазах одновременно). Кроме того, интервалы движения между автомобилями были несколько большими, чем сейчас, это связано с отлитием технических характеристик современных автомобилей от автомобилей 40-50-х г.

Устранить недостатки предыдущих формул попытались В.А. Владимиров и Г.Д. Загородников [4] на основе исследований закономерностей движения автомобилей [135]. Эмпирические формулы В.А. Владимирова для расчета длительности цикла регулирования:

- для двухфазного цикла

(10)

- для трехфазного цикла

(11)

где Т - длительность цикла регулирования, с; М₁, М₂, М₃ - удельная интенсивность движения по каждому направлению регулирования в приведенных единицах на одну полосу, ед,/ч.

Для определения длительности основных периодов применялась формула:

(12)

где t₃ - длительность периода зеленого сигнала светофоров, с; q - интервал времени при проходе перекрестка машинами (для прямого потока - 2-2,6; левого поворота - 3-4; правого поворота - 3,5-5), с; М - общее число автомобилей, проходящих за 1 час в данном направлении, авт./ч; n - число циклов за час, ед.; - коэффициент многополосности, равный табличным значениям (для полосы коэффициент равен l,0) [136].

Формулы (10) и (11) В.А. Владимирова устранили недостатки формул (3), (5) А.А. Полякова. Но результаты дальнейших, исследований закономерностей управления движением на регулируемых пересечениях показали, что процесс расчета гораздо сложнее, чем это предполагалось в середине прошлого века. На цикл регулирования влияет не только интенсивность движения, но и ширина полос движения, уклоны проезжей части, радиусы поворотов, состав транспортных потоков и т.д.

Ф.В. Вебстер в 1966 году предложил новую методику расчета длительности циклов регулирования [137]. Отличительной особенностью методики стал учет новых факторов, характеризующих состав и характер движения. В основу математической модели была заложена минимизации задержки автомобиля. Поэтому формулы Вебстера действительны только в пределах загрузки узла по разным источникам от 0,3 до 0,6 (0,8).

Согласно формуле Ф.В. Вебстера, длительность основных разрешающих фаз рассчитывалась как

(13)

где у_i - фазовый коэффициент; Y - сумма фазовых коэффициентов; Т_ц - длительность цикла регулирования, с; L - сумма переходных интервалов, с.

Для определения фазовых коэффициентов применялась формула

(14)

где N_i - интенсивность движения, ед./ч; Мн_i - поток насыщения, ед./ч.

Для определения оптимальной длительности цикла регулирования использовалась формула

(15)

где Y - сумма фазовых коэффициентов

Ф.В. Вебстером предложена формула для расчета минимальной продолжительности цикла:

(16)

Формулы (14)-(16) составили основу для расчета тактов и циклов светофорного регулирования на перекрестках. Они не изменялись в зависимости от геометрии пересечения или состава транспортного потока. Менялся только показатель потока насыщения, для расчета которого Ф.Б. Вебстер предложил методику, учитывающую радиусы поворотов, уклоны, ширину полос и т.д. [6, 21, 22, 138, 139,].

Простота и точность расчетов послужила залогом успеха методики и поэтому формула В.Ф. Вебстера доминирует в отечественной практике организации дорожного движения и в настоящее время.

В процессе совершенствования методов расчета циклов регулирования ученые и специалисты большинства стран пришли к универсальному фактору - потоку насыщения, который определялся отдельно для каждой полосы проезжей части в зависимости от условий движения. По мере изучения условий движения, появлялось все большое количество поправок, позволяющих более точно рассчитать поток насыщение, но единой трактовки понятия "поток насыщения" нет до сих пор.

Ю.А Кременец [21, 22] определял поток насыщения как максимальную интенсивность разъезда очереди при полностью насыщенной фазе. Такая трактовка потока насыщения преимущественна. А.А. Поляков [2, 124], Е.М. Лобанов [122, 123] и другие специалисты [31, 133] рассматривают поток насыщения как установившуюся интенсивность движения через стоп-линию из очереди большой длины.

По мнению Ю.А. Врубеля, поток насыщения - это средняя за время горения зеленого сигнала интенсивность убытия автомобилей от стоп-линии при рассасывании достаточно длинной очереди [140, 141]. Такое определение потока насыщения приближается к понятию пропускной способности за время горения зеленого сигнала, учитывает одновременно и потерянное время, и продолжительность горения зеленого сигнала.

Согласно предложенной Вебстером модели, поток после включения зеленого сигнала за короткий промежуток времени приходит в состояние, при котором наблюдаются постоянные установившиеся интервалы между транспортными средствами[51]. Поток насыщения находится в таком состоянии, пока не включается желтый сигнал, после чего поток стремительно падает до нулевого значения. Пропускная способность фазы в таком случае оценивается площадью под кривой интенсивность - время.

При росте интенсивности движения, а как следствие появление насыщенных и перенасыщенных потоков в крупных городах привело к заторам движения. В связи с этим ученые и инженеры задумались о создании такой методики расчета циклов регулирования, которая позволила бы давать более точные значения.

В 1950-2000 гг. в США опубликованы четыре редакции "Руководства по пропускной способности дорог" (1950, 1965, 1985 и 2000 гг.) [8, 142]. В них на начальном этапе последовательность расчета цикла регулирования предполагает определение потока насыщения для каждой полосы движения. С помощью коэффициентов влияния условий рассчитывается общий коэффициент и умножается на идеальный поток насыщения - S₀, значение которого в "Руководствах" 1965 и 1985 гг. принято 1800 ед./ч [8], а в руководстве 2000 г. - 1900 ед./ч [142]:

(17)

где С - длительность цикла регулирования, с; L - сумма промежуточных тактов, с; V_i - интенсивность движения i-го направления, ед./ч.; S_i - поток насыщения i-го направления, ед./ч; Х_с - критическая степень насыщения пересечения.

Формула (17) в случае, если коэффициент Х_с =1, приобретает вид модели Вебстера (16) для расчета минимальной длительности цикла.

Длительность зеленого сигнала в [19, 20]:

(18)

где g_i - длительность зеленого сигнала, с; X_i - степень насыщения для i-й группы (при отсутствии данных рекомендуется принимать равным 0,9).

В 1996 г. Ю.А. Врубель предложил формулу для определения пропускной способности левых поворотов вне зависимости от условий движения путем введения данных по длительности циклов и тактов регулирования [13, 14].

Пропускная способность полосы левого поворота:

(19)

где t_Z31 - время горения зеленого сигнала для главного потока, с; х ₃₁ - коэффициент загрузки полос главного потока; t_Z13доп. ~ дополнительное время горения зеленого сигнала на полосе, с которой осуществляется левый поворот (время отсечки), с; q_n12 - поток насыщения для левого поворота, авт./с.

Таким образом, для определения цикла регулирования с учетом направлений движения в узле необходимо корректное определение потоков насыщения по направлениям.

Одним из наиболее полных исследований потоков насыщения является работа Никурадзе Н.Ш. [29]. Результаты этих исследований существенно отличались от данных руководства [143] и позволяет сделать следующие выводы:

- поток насыщения данного направления движения практически для всех полос одинаков;

- поток насыщения не зависит от ширины полосы;

- поток насыщения отдельной полосы не зависит от количества полос данного направления движения;

- величина потока насыщения полосы для случая движения в прямом направлении с преобладанием легковых автомобилей в потоке (более 90%) и при сухом чистом покрытии составляет 2150-2250 физ.ед/ч.

Для смешанных потоков автором была получена регрессионная зависимость величины потока насыщения S (физ.ед./ч на полосу) как функции доли легковых автомобилей в потоке р (%)

(20)

Для потока, включающего 20--30% грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов, интенсивность потока насыщения составила величину близкую к 1800 (прив.ед./ч). С увеличением р до 80--90% величина потока составляла 2000--2000 (прив.ед./ч).

Shanteau [144] наблюдал в большинстве случаев прямого движения величину потока 1900-2100 (физ.ед./ч), а максимальный поток 2400 (физ.ед./ч) был зафиксирован на полосе левоповоротного движения (поворот без конфликта с потоком противоположного прямого направления). По данным этого автора потери времени за фазу составляют менее 3 с.

Величина потока насыщения в случае одной полосы движения, выделенной разметкой, оценивается в большинстве случаев в пределах 1600-1800 (прив.ед./ч). Учитывая результаты исследований [12, 28, 29, 62, 63, 86, 88, 144, 110, 112, 113], проведенных за последние полтора десятилетия, средняя интенсивность потока насыщения может оцениваться величиной 1800 (прив.ед./ч).

В американском "Руководстве по пропускной способности 1985" (1985 Highway Capasity Manual) поток насыщения 1800 прив.ед./ч рассматривает как "идеальный уровень насыщения" и применяется в сочетании с поправочными коэффициентами. Поток насыщения S в конкретных дорожных условиях определяется по формуле:

(21)

где S₀ - идеальный поток насыщения, принятый равным 1800 (прив.авт./ч); N -количество полос движения; f_w - коэффициент, учитывающий ширину полосы движения; f_HV - коэффициент, учитывающий грузовые автомобили; f_G - коэффициент, учитывающий продольные уклоны; f_P - коэффициент, учитывающий паркирование; f_BB - коэффициент, учитывающий помехи, создаваемые автобусами; f_A - коэффициент, учитывающий тип территории; f_RT - коэффициент, учитывающий правые повороты (т.е. помехи создаваемые пешеходами); f_LT - коэффициент, учитывающий левые повороты.

При этом идеальный поток насыщения достигается при условиях ("идеальных" условиях), когда для рассматриваемого участка УДС пропускная способность имеет максимальное значение, и дальнейшие улучшения не дадут значительного эффекта; условия движения без помех и задержек [107].

Для регулируемого пересечения в качестве идеальных условий определение величины идеального потока насыщения сводится к обследованию очередей транспортных средств, разъезжающихся на регулируемом перекрестке после включения зеленого сигнала, и состоящих только из легковых автомобилей. При этом, должны соблюдаться условия, в которых принято считать имеет место идеальный поток насыщения (ширина полосы движения 3,6 м, уклон на подходе к перекрестку равен 0%, сухое дорожное покрытие, отсутствие помех, создаваемых паркующимися автомобилями и остановками общественного транспорта, отсутствие конфликтующих пешеходных, велосипедных, и транспортных потоков, и отсутствие грузовых автомобилей в потоке [130]).

В то же время, с каждым новым изданием этого руководства формула приведения величины идеального потока насыщения модернизировалась и на данный момент имеет следующий вид (НСМ 2000) [78]:

 (22)

где f_Rpb, f_Lpb - влияние велосипедистов и пешеходов соответственно на право- и левоповоротное движение; f_LU - равномерность использования полос движения.

В настоящий момент в профессиональной литературе можно ознакомиться с рядом различных методик определения величины потока насыщения. Однако более глубоко изучил этот вопрос А.Г. Левашев, который проанализировал и учёл в своей работе опыт других специалистов. А.Г. Левашев предложил в качестве фиксируемого момента использовать момент прохождения над стоп-линией заднего бампера последнего транспортного средства в очереди [145]. Это позволит исключить ошибки, связанные с необходимостью полностью учитывать длину последнего автомобиля в очереди, после того как будет определен момент выравнивания распределения величины временного интервала g зависимости от времени. Величину временного интервала, отражающего идеальный поток насыщение, можно определить как отношение времени, необходимое для проезда части очереди легковых автомобилей, интервалы которых равны интервалу насыщения, к количеству легковых автомобилей, входящих в рассматриваемую часть очереди:

(23)

где h_идеал. - временной интервал, отражающий идеальный поток насыщения, с;

Т_R - время, затрачиваемое для пересечения перекрестка той частью легковых автомобилей, временные интервалы которых в среднем равны временному интервалу насыщения, с; X_R - количество легковых автомобилей, пересекающих перекресток за рассматриваемый период T_R.

В качестве конечного момента периода T_R принимается момент прохождения над стоп-линией заднего бампера последнего автомобиля в очереди.

В рассматриваемую очередь включаются те легковые автомобили, которые в течение красного сигнала притормаживали либо останавливались.

Затем можно определить величину идеального потока насыщения:

(24)

где S_идеал. - идеальный поток насыщения, ед./ч.

По результатам обработки материалов обследований, А.Г. Левашевым установлено, что идеальный поток насыщения достигается с момента прохождения стоп-линии 5-м легковым автомобилем в очереди. А.Г. Левашев, отбросив значения временных интервалов с первого по четвертый, получил среднее значение идеального временного интервала насыщения:

(25)

Основным показателем эффективности управления потоками на УДС является пропускная способность, как самой сети, так и ее отдельных элементов, в частности регулируемого перекрестка. Пропускная способность регулируемого перекрестка зависит как от его геометрической оснащенности, так и от режима регулирования транспортного потока на нем. Пропускная способность стоит в прямой зависимости от величины потока насыщения.

Анализ факторов, влияющих на потоки насыщения и расчет пропускной способности движения на регулируемых пересечениях, позволил выявить некоторые противоречия в расчетах, касающихся левоповоротного движения.

В 1930-1945 г. в организации дорожного движения левые и правые повороты при расчете интенсивности движения не учитывались. Это связано с тем, что осуществлять правый поворот разрешалось при любом сигнале, левый при желтом, а также во время горения зеленого сигнала и отсутствия помехи встречного потока. Считалось, что левый поворот не влияет на длительность красного и зеленого сигналов. Только в случаях слишком узких перекрестков, когда ожидание желтого сигнала для левого поворота на^: перекрестке приводило к задержкам основного потока, экипажи поворачивающие налево, учитывались вместе с прямыми [1].

На организацию левых поворотов обратили внимание в начале 50-х гг., такие специалисты как: В.А. Владимиров [4], М.Т. Метсон [146], А.А. Поляков [124] и другие. Для учета влияния левых поворотов разными специалистами было предложено использовать фиксированный понижающий коэффициент к прямому потоку (таблица 1).

Таблица 1 Коэффициенты коррекции потока насыщения в зависимости от влияния поворотных маневров

Автор, год	Коэффициент влияния левого поворота	Коэффициент влияния правого поворота
Поляков А.А., 1953	1,55	1,9
Метсон М.Т,1960	1,6	-
Вебстер, 1966	При однорядном повороте при двухрядном повороте
Владимиров В.А., 1970	1,5	1,75
Павлович А.А., 1970	1,3	1,4
Рушевский П.В.,1974	1,25	1,5
Никурадзе Н.Ш.,1981	1,1 при R > 20 м
"Руководство", 1985	От 1,01 до 1,2	От 1,05 до 1,3
Врубель Ю.А., 1996	От 1,1 до 10	От 1,1 до 10
Австралийское руководство, 1985	1,25	-
Рекомендации Мосгорисполкома, 1987	1,05 при R> 15 м 1,18 при R- 10-15 м 1,28 при R = 5-10 м 1,54 при R<5m
"Руководство", 2000	fLT = 0,95	FRT = 0,85 оо o' II

По результатам исследований транспортных потоков, проведенных в 60-е годы В.Ф. Вебстером [51], позволили предложить формулу для расчета потока насыщения при поворотных маневрах с учетом радиуса поворота.

В отечественной практике важным событием стало включение в методические рекомендации предложения использовать радиус поворота при расчете потока насыщения [147]. Отличием от формулы В.Ф. Вебстера при этом было то, что использовались коэффициенты приведения к прямому потоку на разных интервалах радиуса поворота, а не расчетная модель.

Количество литературных источников, указывающих на фиксированной коэффициент приведения поворотного маневра к прямому, заметно превышает количество источников указывающих на необходимость использования радиуса поворота. Применять фиксированные коэффициенты предлагает и авторитетное американское "Руководство по пропускной способности" 2000 г. [78].

Таким образом, в транспортных системах городов сложилось два мнения по расчетам потоков насыщения для левых поворотов:

- поток насыщения для движения налево не зависит от радиуса поворота, а поэтому в методах расчета потоков насыщения приведены фиксированные значения приведения левоповоротного движения к прямому;

- увеличение радиуса снижает коэффициент приведения левоповоротного потока к прямому.

Отличие во мнениях можно объяснить несколькими предположениями: в период 50-60-х гг. при низкой интенсивности движения осуществлялось мало левоповоротных маневров, поэтому исследования проводили на стандартных перекрестках с одинаковым радиусом поворота; в результате исследования нескольких перекрестков принимались усредненные значения коэффициента приведения; возможно, что радиусы поворотов на всех перекрестках имеют стандартные значения (например в США); радиус поворота влияет на поток насыщения только в определенных границах значений.

Изучение влияние количества полос на пропускную способность пересечений началось в середине 40-х г. большинство принимаемых коэффициентов многополосности принималась в значениях А.А. Полякова и Б.Д. Гриншильдса (исключение составляют данные В.А. Владимирова которые, значительно ниже всех принятых) (таблица 2).

Таблица 2 Коэффициенты коррекции потока насыщения в зависимости от количества полос

Автор, год	2 полосы	3 полосы	4 полосы
Гриншилд, 1947	1,8	2,45	2,95
Поляков А.А., 1953	1,8	2,5	3
Вебстер, 1966	1,67*	-	-
Фишельсон М.С., 1967	1,8	2,46	2,96
Владимиров В.А., 1974	1,49	1,74	2,74
Рушевский П.В., 1974	1,85	2,55	3,05
Фишельсон М.С., 1985	1,9	2,7	3,5
Лобанов С.В., 1990	1,8	2,4	2,9
"Руководство по пропускной способности" 2000	Учитывается коэффициент использования полос vg - интенсивность движения в группе полос, vgl - интенсивность движения на максимально загруженной полосе в группе, N- число полос в группе
* Только для двухполосного поворотного потока.

Транспортные потоки (особенно первая волна) носили, в основном, ненасыщенный характер. По мере роста автомобилизации и интенсивности движения транспортных потоков умножались сомнения в точности коэффициента многополосности и влияния фактора количества полос на поток насыщения вообще.

Формулы В.Ф. Вебстера не предусматривают расчет движения налево более чем в два ряда; - формула для движения налево в один и в два ряда также отличается значением потоков насыщения, что можно трактовать как некий коэффициент многополосности.

По мере роста интенсивности движения обновления данных, большинство исследователей отказалось от коэффициента многополосности, посчитав, что количество полос перед стоп-линией никак не влияет на поток насыщения.

В США (2000 г.) на основе последних исследований предложило иной подход к учету влияния количества полос на поток насыщения путем введения коэффициента использования полос [78]. Его суть заключается в коррекции потока насыщения. Такая коррекция необходима из-за неравномерного распределения автомобилей по полосам, а также из-за невозможности равномерного распределения автомобилей по полосам (вследствие геометрических параметров пересечения - трудно перестраиваться после поворота направо до следующего светофора на коротком перегоне в крайний левый ряд, короткий перегон не позволяет после первого перекрестка быстро перестроиться в крайний правый или крайне левый ряд), значительных колебаний интенсивности движения по направлениям в течение суток, помех автомобилей, припаркованных на проезжей части, или наличия остановок общественного транспорта.

...