Скорость и методы ее оценки

Фактическая скорость на дороге служит интегральным показателем состояния (показателем ТЭС АД) и транспортно-эксплуатационным по­казателем дороги (ТЭП АД), от ко­торого зависят все показатели эф­фективности работы автомобильно­го транспорта (ТЭП АТ).

Основываясь на этом свойстве скорости как главном обобщающем показателе, разработана методика комплексной оценки технического уровня и эксплуатационного состоя­ния дорог по коэффициенту обеспе­ченности расчетной скорости Для определения указанного коэффициента [(см. формулу (6.3)] необходимо получить значение мак­симально возможной или макси­мально допустимой по условиям безопасности скорости одиночного легкового автомобиля. Максималь­ную скорость можно получить расчетно-аналитическим или экспери­ментальным методом. Эти скорости могут быть получены непосредст­венным измерением:

а) измеряют скорость одиночных легковых автомобилей типа ГАЗ-24 «Волга», ВАЗ «Жигули», «Москвич» (при свободных условиях движения) или скорость этих автомобилей, еду­щих во главе группы автомобилей (при частично связанных условиях движения). Для получения объектив­ных данных необходимо не менее 30 замеров в каждом створе. На основе измерений строят кумулятивные кривые распределения скоростей, а за фактическую максимальную при­нимают скорость легкового автомо­биля 85%-ной обеспеченности;

б) измеряют скорость всех авто­мобилей (легковых и грузовых) и строят кумулятивные кривые распределения скоростей транспортно­го потока, а за фактическую макси­мальную принимают скорость 95%-ной обеспеченности (рис. 6.2). Средняя скорость потока соответст­вует 50%-ной обеспеченности;

Рис. 6.2. Кумулятивные кривые распределе­ния скоростей по уровню обеспеченности:

1 - грузовые автомобили; 2 - транспортный по­ток; 3 - легковые автомобили

в) для предварительной и ориен­тировочной оценки допускается оп­ределять максимальную скорость методом следования за лидером. При этом скорость на каждом кило­метре и характерном участке опре­деляют по спидометру легкового ав­томобиля, который движется за одиночным или головным автомо­билем. На каждом участке произво­дят не менее трех-четырех проездов, по которым определяют среднюю скорость. Фактическую максималь­ную скорость принимают на 10-20% выше средней из этих замеров. Получив значения фактической максимальной скорости на каждом участке в каждый характерный пери­од года, определяют эксплуатацион­ный коэффициент обеспеченности расчетной скорости и сравнивают его с допустимым (см. п. 6.7).

Для оценки технико-экономи­ческих показателей дороги опреде­ляют среднюю скорость свободного движения и среднюю скорость транспортного потока. На дорогах IV и V категорий, а также на значи­тельной части дорог III категории, где уровень загрузки не превышает 0,2, средняя скорость свободного движения и средняя скорость транс­портного потока практически совпа­дают.

Средняя скорость свободного дви­жения по результатам измерения скоростей автомобилей

(6.20)

где n - число автомобилей, для кото­рых измерены скорости; v_i – мгновенная скорость 1-го автомобиля на данном участке, км/ч.

С увеличением интенсивности движения скорость транспортного потока снижается и тем больше, чем больше в потоке грузовых автомо­билей, автобусов и автомобильных поездов.

Как показывают исследования, все значения скорости связаны од­ной зависимостью (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Связь между максимальной и средней скоростями:

а - границы доверительного интервала; б - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; 1, 2 - доля значений скорости, лежащих ниже и выше границ доверительного интервала; 3, 4 - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; a₁, а₂ - нижняя и верхняя границы доверительного интервала; I_а - доверительный интервал

Так, средняя скорость свободного движе­ния [5]

(6.21)

где v_{ф max} - максимально возможная или безопасная обеспеченная скорость одиночного легкового автомобиля на данном участке при фактическом ее сос­тоянии; t – функция доверительной веро­ятности, или гарантийный коэффициент; σ_vф – среднее квадратичное отклонение скорости свободного транспортного по­тока.

Значения t зависят от доверитель­ной вероятности при одностороннем ограничении:

Средняя скорость транспортного потока

(6.22)

где Δv - снижение скорости автомоби­лей под воздействием интенсивности и состава транспортного потока: (6.23)

α - коэффициент, учитывающий влия­ние интенсивности движения; β - коэф­фициент, учитывающий состав транс­портного потока (численно равен доле грузовых автомобилей, автобусов и ав­томобильных поездов, движущихся по полосе); N - интенсивность движения, авт./сут (для автомобильных магистралей принимается по каждому направле­нию отдельно).

Значения Δv зависят от интенсив­ности и состава движения (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Влияние интенсивности и состава движения на снижение средней скорости:

а - на двухполосных дорогах; б - на четырехполосных автомобильных магистралях с разделительной полосой

Таким образом, общая зависимость, связывающая различные значения скоростей автомобилей на дороге,

(6.24)

или

(6.25)

Среднее квадратичное отклоне­ние:

при n > 30 ;(6.26)

при n < 30 ,(6.27)

где х - измеренное значение скорости, км/ч; - среднеарифметическая скорость из всех измеренных значений, км/ч; n – число измерений.

При отсутствии непосредственных измерений максимальную скорость на каждом характерном участке можно определить аналитически ис­ходя из требований к геометри­ческим параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристи­кам. Основной задачей при этом является обязательный учет влияния метеорологических факторов на состояние дороги, взаимодействие автомобиля с дорогой и восприятие водителем условий движения.

В этом случае необходимые для определения средней скорости транспортного потока значения среднего квадратичного отклонения

(6.28)

Значения а₀ и b приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Максимальные значения σ_v при­нимают для двухполосных дорог при наличии в потоке более 70% грузовых автомобилей, автобусов и автомобилей с прицепами; мини­мальные – если их менее 40%. Для автомобильных магистралей макси­мальные значения принимают для правой крайней полосы, минималь­ные – для левой.

В результате обработки измере­ний или вычислений для каждого участка дороги и характерного ее состояния получают фактические максимальные скорости, коэффици­ент обеспеченности расчетной ско­рости и среднюю скорость транс­портного потока, строят линейные графики или эпюры указанных пока­зателей. Для автоматизированного расчета коэффициентов обеспечен­ности расчетной скорости и построе­ния эпюры в Гипродорнии разрабо­тан комплекс программ на ЭВМ (программы ВАЕМ-С). Программы модифицированы в двух вариантах: ВАЕМ-С-1 – для дорог I категории и ВАЕМ-С-2 – для II-IV.

На каждом участке из всех оцени­ваемых параметров дороги, влияю­щих на скорость, принимают К_р.с по тому параметру, который дает меньшее значение. Например, если кривая малого радиуса в плане сов­падает с крутым подъемом, то для летнего и переходных периодов К_р.с может быть принята по схеме рас­чета скорости на кривой малого ра­диуса, а для зимнего периода при наличии рыхлого снега на покры­тии – по схеме преодоления подъема.

На наиболее сложных участках целесообразно проверить условия движения автомобилей в период наиболее опасных метеорологи­ческих факторов. Для этого по расчетным схемам и графикам (рис. 6.5) определяют максимальные скорости и значения К_р.с для каждо­го метеорологического фактора (см. п. 6.4).

Рис. 6.5. Линейный график коэффициентов обеспеченности расчетной скорости, выдаваемой ЭВМ:

1 - летний период; 2 - осенне-весенний период; 3 - зимний период

Для определения средней и средне­годовой скоростей по всей дороге (маршруту) вначале определяют среднюю скорость транспортного потока на каждом i-м участке в тече­ние всего года

(6.29)

где - средние ско­рости транспортного потока в обоих направлениях на данном участке при сухом, мокром и заснеженном покрыти­ях, снежном накален гололеде, опреде­ленные по формулам (6.24) и (6.25); T_сух, Т_м, Т_сн, Т_{сн н}, Т_г - продолжительность су­хого, мокрого и заснеженного покрытий, снежного наката и гололеда, дни (см. п. 4.3).

Среднегодовая средневзвешенная скорость транспортного потока в целом по дороге

(6.30)

где k - число характерных участков; l_i – длина каждого характерного участка, км; L – общая длина дороги, км.

Таким образом, изложенная мето­дика устанавливает неразрывную связь между расчетной скоростью, максимальной скоростью в реаль­ных дорожных и метеорологических условиях, средней скоростью сво­бодного движения и средней ско­ростью транспортного потока на каждом участке и на дороге в целом, что позволяет решать многие теоре­тические и практические задачи экс­плуатации дорог.

5.23 Влияние параметров и состояния дороги на обеспе­ченность расчетной скорости

Задача оценки степени влияния от­дельного параметра на скорость движения состоит в том, чтобы уста­новить механизм этого влияния и физический смысл, выбрать расчет­ную схему и дать математическое описание, позволяющее определить максимальную скорость расчетного автомобиля.

Влияние ширины укрепленной по­верхности дороги на обеспеченность расчетной скорости оценивают исхо­дя из понятия «ширина психологи­ческого коридора», предложенного в [4, 5]. Психологический коридор-ширина дороги, которая оказывает психологическое воздействие на во­дителя при выборе траектории и режима движения (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Расчетная схема для определения ширины укрепленной поверхности при встре­чном движении:

B₁ - ширина укрепленной поверхности; В₂ – ши­рина психологического коридора

Общая ширина психологического коридора

(6.31)

Сокращение ширины укрепленной поверхности дороги приводит к сужению психологического коридора. Вместе с этим снижается и скорость в зависимости от интенсивности движения. С учетом этих факторов предложены расчетные формулы для определения максимальной ско­рости и коэффициента обеспеченнос­ти базовой расчетной скорости:

(6.32)

(6.33)

где К₁ и К₂ – коэффициенты, учиты­вающие интенсивность и расчетную схе­му движения; В_п – минимальная ширина психологического коридора для различ­ных расчетных схем, м.

Расчетные формулы, значения К₁, К₂, и В_п, а также пределы их приме­нимости приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Расчетная схема	Расчетные формулы	Границы применения по интенсивности движения, физич. авт./сут
летом	в пере-ходные периоды	зимой
1. Свободное движение одиночного автомобиля 2. Движение в частично связанном потоке на двухполосной проезжей части при интенсивности, авт./сут а) 500-1500   б) 1500-4200   3. Движение при интенсивном встречном потоке на двухполосной проезжей части   4. Движение на трехполосной проезжей части: а) при полной разметке   б) при отсутствии разметки   5. Движение на проезжей части одного направления четырехполос­ной автомобильной магистрали с разделительной полосой, м: а) более 5     б) до 5		<700     700- 1500- >4200   >6000   >7000   <15000     <12000	<600     600- 1200- >3600   >6000   >6000   <12000     <10000	<600     500- 1000-" >30О0   >5000   >6000   <12000     <10000

Для определения обеспеченной скорости необходимо иметь данные о фактически используемой ширине укрепленной поверхности дороги В_1ф т.е. ширине чистой проезжей части и краевых укрепленных полос. При отсутствии данных непосредст­венных измерений она может быть вычислена по формуле (4.10). Шири­ну полос загрязнения b₃ принимают по табл. 6.3.

Таблица 6.3

Примечания. 1. В числителе - для дорог I и II категорий, в знаменателе - для III и IV категорий.

2. Ширина полосы загрязнения зависит от оснащения дорожных организаций машинами для содержа­ния дорог. При оснащении, равном 100 % нормативной потребности, ширину полосы загрязнения принимают минимальной, при 60-70 % оснащенности принимают средние значения, а при оснащении менее 50 % - максимальные.

3. При устройстве на обочинах покрытия шириной более 1,5 м из асфальто-, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, сокращение ширины укрепленной поверхности не происходит.

4. Н_п – толщина снежного покрова.

Влияние ширины и типа укрепления обочины на скорость до определен­ной степени соизмеримо с влиянием ширины укрепленной поверхности дороги. Однако расчетных формул для оценки этого влияния нет. Уста­новлено, что наибольшее влияние оказывает вид и состояние обочины шириной до 1,5 м от кромки проез­жей части [3, 5]. Обработка экспери­ментальных наблюдений позволила получить зависимость К_р.с от шири­ны обочин (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Влияние ширины и типа укрепления обочин на коэффициент обеспеченности рас­четной скорости:

1 - обочина укреплена цементобетоном, асфальто­бетоном или каменными материалами, обработан­ными вяжущими; 2 - обочина, укрепленная слоем щебня или гравия; 3 - то же засевом трав; 4 - обочи­на не укреплена