§ 9. Транспортный поток

Транспортный поток состоит из отдельных автомобилей, обладающих различными динамическими характеристиками и управляемых разными по квалификации водителями, т. е. он не является однородным.

В условиях малоинтенсивного движения, когда по дороге движутся отдельные транспортные средства с большими интервалами, водителя в выборе режима движения ограничивают Правила движения, состояние автомобиля и дороги. В плотном транспортном потоке водитель не свободен в выборе скорости движения, он не всегда может сделать обгон и его поведение в значительной степени определяется общим ритмом движения на дороге. Следовательно, интенсивный транспортный поток нивелирует различия в характеристике отдельных водителей и машин.

Наблюдения показали, что движение плотного транспортного потока по улице или дороге напоминает движение воды в канале. Если быстро преградить путь потоку воды в канале, то он мгновенно остановится и по поверхности пробежит обратная волна. Такие же "волны" можно наблюдать и в транспортном потоке, остановленном красным сигналом светофора или въездом на узкий участок дороги. Эффект обратной волны применительно к транспортному потоку выражается в резком снижении скорости вдоль колонны и сокращении интервалов между автомобилями.

Хорошо известно, что канал определенного сечения может пропустить вполне определенное количество воды в единицу времени. Если мы хотим пропустить через канал большее количество воды, то должны увеличить его сечение. Нечто подобное происходит и с транспортным потоком, движущимся по своему каналу - улице или дороге. Проезжая часть определенной ширины может пропустить вполне определенное количество автомобилей, и если мы хотим увеличить ее пропускную способность, то должны расширить дорогу.

Эта аналогия дала специалистам основание применить для изучения закономерностей транспортных потоков законы движения жидкости. Такая модель, правда, с определенными ограничениями позволяет проводить важные исследования и решать ряд практических вопросов по регулированию движения.

Транспортный поток можно характеризовать тремя основными параметрами: интенсивностью N (количество автомобилей, проходящих через определенное сечение дороги в единицу времени), средней скоростью V (среднее значение скорости всех автомобилей, прошедших данное сечение за определенный промежуток времени) и плотностью D (количество автомобилей на единицу длины дороги, обычно на 1 км). Эти параметры связаны основным уравнением транспортного потока: N = DV.

Рис. 3. Основная диаграмма транспортного потока

Графически это уравнение представляет собой основную диаграмму транспортного потока, общий вид которой показан на рис. 3.

Пользуясь уравнением и диаграммой, можно определять характеристики транспортного потока. Так, средняя скорость пропорциональна тангенсу угла наклона прямой, соединяющей начало координат с точкой, координаты которой характеризуют определенную интенсивность и плотность. Скорость V, как следует из приведенного выше уравнения, равна отношению интенсивности движения (N авт/ч) к соответствующей ей плотности (D авт/км).

Максимально возможная при данных условиях интенсивность движения достигается при определенной плотности транспортного потока (точка А на диаграмме) и называется пропускной способностью полосы движения или дороги в целом. Характерно, что при плотности потока, большей, чем в точке А, интенсивность движения снижается. Объясняется это тем, что при большой плотности движения часто возникают заторы, снижается скорость и это приводит к уменьшению количества автомобилей, проходящих в единицу времени через какое-либо сечение или участок дороги.

Из основной диаграммы и уравнения транспортного потока следует очень важный для регулирования движения вывод: в тех случаях, когда возникает потребность пропустить по дороге максимально возможное количество автомобилей, необходимо установить с помощью знаков определенный режим скорости, который обеспечивает наибольшую интенсивность. Как показывают наблюдения, при благоприятных условиях движения обычная двухполосная дорога с шириной проезжей части 7 - 7,5 м может пропустить не более 2000 автомобилей в час. Максимальная интенсивность достигается при скорости примерно 50 - 60 км/ч^*.

^* (Сильянов В. В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организации движения. M., Транспорт, 1978. )

Одной из характеристик движения является свобода обгонов в транспортном потоке. Потребность в обгонах появляется вследствие разнородности состава потока-легковые автомобили и быстроходные грузовые для поддержания желаемой скорости стремятся обогнать медленно движущиеся транспортные средства. С увеличением интенсивности движения потребность в обгонах растет, а возможности для их реализации уменьшаются, поскольку во встречном потоке становится все меньше и меньше интервалов, которые обеспечивают безопасные условия маневра. Наблюдения показывают, что обгон протекает свободно, когда во встречном потоке интервал между автомобилями имеет такую величину, которая может быть преодолена за 20 с и более. Если этот интервал оказывается менее 7 с, то обгон становится практически невозможным. Конечно, отдельные опытные водители, управляя легковым автомобилем с хорошими динамическими качествами, могут совершить обгон и при меньших интервалах, но это сопряжено с большим риском.

В табл. 16 приведены данные, характеризующие возможность совершения обгонов на обычной дороге шириной 7 - 7,5 м при различной интенсивности движения. Как показывают расчеты, при интенсивности движения 100 авт/ч в транспортном потоке 70% всех интервалов больше 20 с, и поэтому обгоны могут происходить сравнительно свободно. При интенсивности 900 авт/ч таких интервалов остается только 4%, и это намного усложняет условия обгона. Наблюдения, проводившиеся Московским автомобильно-дорожным институтом, показывают, что обгоны уже практически не совершаются, когда суммарная интенсивность движения на дороге в обоих направлениях достигает 1500 - 1800 авт/ч. Происходит это из-за уменьшения в транспортном потоке безопасных для обгона интервалов.

Таблица 16. Распределение количества интервалов различной длительности в транспортном потоке при различной интенсивности движения

Рис. 4. Изменение количества дорожно-транспортных происшествий с ростом интенсивности движения (результаты анализа аварийности на дороге Москва - Симферополь в пределах Московской области)