Пропускная способность дороги. Загрузка дорог движением. Число полос движения.

Автомобили, каждый из которых следует по самостоятельному маршруту, обычно не зависящему от других автомобилей, в процессе проезда по какому-либо участку дороги образуют транспортные потоки, движущиеся по встречным направлениям. Транспортный поток состоит из автомобилей разных типов, с разной степенью загрузки и управляемых водителями, каждый из которых обладает индивидуальными особенностями вождения и отличной от других квалификацией. В результате влияния указанных факторов в транспортном потоке происходят обгоны медленно движущихся автомобилей более быстрыми, а при изменении продольных уклонов происходит отставание или сближение следующих друг за другом автомобилей. Точное описание закономерностей движения транспортного потока является предметом развивающейся в последние годы «Теории транспортных потоков» — отрасли математической теории вероятностей и ее специальных разделов, например, теории массового обслуживания.

При проектировании дорог пока еще используют простейшие осредненные характеристики транспортного потока, что является следствием как недостаточной изученности теории транспортных потоков, так и малой надежности современных методов прогнозирования движения автомобилей по дорогам на сколько-нибудь длительный период времени вперед.

Полоса дороги, занимаемая следующими друг за другом в одном направлении автомобилями и другими транспортными средствами, называется полосой движения.

В зависимости от насыщенности дорог -автомобилями различают характерные случаи транспортного потока.

Свободный поток — одиночные автомобили, едущие по дороге на таком расстоянии друг за другом, что они

не оказывают взаимного влияния на условия движения. Этот случай соответствует рассматривавшимся выше случаям обоснования требований к отдельным элементам дорог.

Устойчивый поток - Движение происходит в виде пачек автомобилей, когда несколько автомобилей, отличающихся по динамическим качествам, следуют на близком расстоянии друг за другом. Обычно это вызывается тем, что передний автомобиль, движущийся более медленно, задерживает задние. Водители их вынужденно едут медленнее, чем хотели бы, ожидая удобного момента времени для совершения обгона с выездом на соседнюю полосу, после чего получают возможность продолжать движение с режимом одиночного автомобиля. Если движение на близком расстоянии друг от друга предписано группе водителей, едущих в одно место с одинаковыми скоростями и интервалами, мы имеем группу автомобилей (случай колонного движения).

Неустойчивый поток - когда все автомобили оказывают взаимное влияние и сразу после обгона одиночного автомобиля или пачки движение автомобиля начинает вновь определяться движением едущего перед ним автомобиля. Обгон осуществляется с тем большей трудностью, чем выше интенсивность движения.

Насыщенный поток — обгон практически невозможен, и скорость движения резко снижается.

Наблюдения за транспортными потоками привели к выводу, что скорости движения отдельных автомобилей подчиняются нормальному закону распределения, а интервалы между ними — закономерностям распределения Пуассона.

Все предложенные многочисленные теории транспортных потоков делятся на две большие группы:

теории, основанные на динамической модели потока автомобилей; они рассматривают расстояния между

двумя следующими друг за другом по одной полосе без обгона автомобилями и распространяют их на весь транспортный поток;

теории, основанные на вероятностных моделях; они анализируют движение двух встречных потоков в целом, учитывая возможности обгонов с заездом на смежную полосу движения.

Динамические теории описывают движение потока автомобилей при больших интенсивностях движения, когда обгоны затруднительны или практически невозможны.

Из динамических моделей наибольшее распространение имеет «упрощенная динамическая модель транспортного потока», которая предполагает, что движение автомобилей происходит с равными скоростями, без обгонов и на постоянном расстоянии друг от друга, зависящем от тормозного пути автомобилей. Из этой предпосылки пока еще исходят и при разработке норм на проектирование дорог.

Более совершенна динамическая теория «следования за лидером», которая допускает, что в пределах транспортного потока расстояния между автомобилями могут меняться и в каждой паре автомобилей задний движется с ускорением, пропорциональным разности скоростей переднего и заднего автомобиля.

Использование аналогии движения транспортного потока и течения жидкости легло в основу «гидроди

намической модели», дающей возможность исследовать скорость сжатия и растягивания транспортных потоков при возникновении и последующем удалении препятствия на пути потока автомобилей, движущегося с постоянной скоростью.

Пропускная способность полосы дороги.Рассмотрим пропускную способность полосы движения, по которой следует с соблюдением постоянных расстояний между однотипными автомобилями транспортный поток. Определим минимальное безопасное расстояние между двумя автомобилями в потоке.

Вследствие возможного различия в состоянии тормозов переднего и заднего автомобилей тормозной путь первого может оказаться меньшим, и тогда задний автомобиль приблизится к переднему на расстояние

где L₃ и L_n — тормозные пути заднего и переднего автомобилей; К₃ и К_п —■ коэффициенты эксплуатационного состояния тормозов обоих автомобилей.

Для безопасности движения необходимо иметь также некоторый запас расстояния между остановившимися автомобилями /₃-

Отсюда безопасное расстояние между следующими друг за другом автомобилями

При интервале между автомобилями I м и скорости V км/ч, количество автомобилей, прошедших за час, т. е. пропускная способность полосы движения

На один автомобиль, следующий в потоке движения, приходится участок дороги длиной s + h м, где U — длина автомобиля..

Значительное изменение пропускной способности при колебаниях величины коэффициента сцепления ср в связи с погодными условиями показывает, что допускаемая интенсивность движения по дороге непостоянна в течение года. При одинаковом состоянии покрытия (ф = const) пропускная способность зависит от скорости движения транспортного потока. Поскольку скорость различна на разных участках дороги, неодинакова и их пропускная способность. Очевидно, что участок дороги с наименьшей пропускной способностью определяет пропускную способность всего перегона дороги между смежными населенными пунктами или примыканиями дорог.

Теоретические расчеты пропускной способности одной полосы движения по схемам динамической теории потока имеют малое практическое значение, поскольку в реальных условиях эксплуатации дорог автомобили в потоке движутся с различными скоростями. Отдельные, более медленные автомобили препятствуют' остальным автомобилям развивать высокие скорости, вызывая обгоны, не учитываемые в приведенных формулах.

В связи с этим в условиях смешанного движения для оценки пропускной способности дороги пока еще имеют большое значение данные наблюдений за закономерностями движения в часы наибольшей интенсивности движения. Наблюдения показывают, что скорости движения меняются для отдельных автомобилей в широком интервале,.но для основной массы отличаются относительна мало. Кривые распределения скоростей движения  имеют колоколообразное очертание, характерное для нормальной кривой распределения.

С увеличением интенсивности движения взаимные помехи автомобилей возрастают и средние скорости потока снижаются , подчиняясь для дорог с двумя полосами движения  В реальных условиях движения по

дороге интервалы между автомобилями зависят от средней скорости транспортного потока и существенно отличаются от полученных на основе предпосылок динамической теории транспортного потока.

На основе наблюдений за движением транспортных потоков на дорогах различных категорий канд. техн. наук Н. Ф. Хорошилов установил зависимости средней скорости при разных интенсивностях и средние величины интервалов при разных скоростях.

Пропускную способность полосы, удовлетворяющую обеим зависимостям, определяли' графически, как точку пересечения кривых 1 и 2, выражающих указанные зависимости . Полученная пропускная способность, названная «типичной пропускной  способностью»

Типичная пропускная способность характеризует максимальную интенсивность движения в условиях устойчивого потока без существенного снижения скоростей по сравнению с одиночными автомобилями. При большей плотности транспортного потока, в условиях насыщенного потока, дорога может пропустить и большее количество автомобилей, но при резком снижении скорости движения и ухуд­шении транспортно-эксплуатационных показателей.

В соответствии с наблюдениями и опытом эксплуатации при перспективной интенсивности движения, меньшей 6000 авт./сутки, проезжую часть устраивают с двумя полосами движения. При интенсивностях движения от 6 до 25 тыс. авт./сутки строят автомобильные дороги с четырьмя полосами движения, от 25 до 30—36 тыс. авт./сутки — с шестью полосами движения.