Страница 7: Технико-экономическое обоснование параметров автомобильных дорог (54146)

Выполненные исследования позволили выделить три типа ускорений при смене полос движения автомобилями для обоих видов маневров: положительное, отрицательное и равное нулю. Характер ускорения автомобиля обуславливается состоянием транспортного потока и скоростью автомобиля, совершающего маневр. Так, для смены полосы с первой на вторую положительное ускорение необходимо при средней скорости движения автомобиля, равной V = 47,5 км/ч, отрицательное при V = 61,2 км/ч и равное нулю при V = 55,3 км/ч, что подтверждает ранее высказанное предположение.

Рис. 3. Распределение скоростей движения автомобилей при смене полосы движения со второй на первую:

1 - фактическое; 2 - теоретическое

Результаты, полученные при анализе режимов движения автомобилей при маневрах на четырехполосных городских магистралях, могут быть использованы для дальнейшего изучения режимов движения на таких дорогах, а также при имитационном моделировании транспортных потоков на ЭВМ.

Литература

1. Лобанов Е.М. Проектирование дорог и организация движения с учетом психофизиологии водителя. - М.: Транспорт, 1980. - 311 с.

2. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организации движения. - М.: Транспорт, 1977. - 303 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЭФФИЦИЕНТА РАЗВИТИЯ ТРАССЫ

И.А. Осиновская

Сибирский автомобильно-дорожный институт

Общеизвестно, что в зависимости от коэффициента развития трассы изменяются строительные затраты и текущие транспортно-эксплуатационные расходы. При этом, если часть строительных затрат Кдп (устройство дорожной одежды, обустройство дороги и др.), а также текущие расходы для данной технической категории изменяются пропорционально длине трассы, то затраты на возведение земляного полотна и на устройство искусственных сооружений Кзи зависят от параметров рельефа местности и поэтому для разных участков трассы они будут различными. Следовательно, объем работ на возведение земляного полотна для каждой технической категории зависит от коэффициента развития трассы Ки и параметра рельефа местности , т.е.

.                                                                 (1)

Для оценки зависимости (1) сделана выборка проектных данных и выполнено опытное проектирование локальных участков трассы на графических моделях местности. Выборка и опытное проектирование выполнены для четырех типов рельефа местности (слабохолмистый, средне- и сильнопересеченный, гористый) с предварительным; вычислением их параметра. Общее количество опытных данных составило 114, в том числе для участков дорог I технической категории - 24, II - 32, III - 34 и для IV - 24. При этом коэффициент развития трассы изменялся в зависимости от рельефа местности в пределах KL = 1,01 - 1,12 для I, КL = 1,01 - 1,16 для II, KL = 1,08 - 1,20 для III и KL = 1,04 - 1,31 для IV технических категорий [1].

Затраты на устройство искусственных сооружений приняты согласно статистическим данным и показателям их удельного веса в общей стоимости строительства в зависимости от технической категории дороги и рельефа местности [2].

Для количественной оценки связи  произведен анализ парных и множественной корреляционных зависимостей.

Оценка парных корреляционных зависимостей выполнена для каждой технической категории дорог раздельно. В результате этого получены количественные связи между объемом земляных работ и искомыми параметрами рельефа местности и удлинения трассы.

На рис. 1 приведена зависимость , из которой следует, что с увеличением значений параметра рельефа, т.е. пересеченности местности, объем земляных работ на 1 км дороги увеличивается.

Обработка проектных данных позволила получить количественную расчетную связь, представленную обобщенной формулой

Wз = а + вg + сg2,                                                       (2)

где а, в, с - коэффициенты уравнения, значения которых приведены в табл. 1.

Показатели корреляционных связей, характеризуемые величинами коэффициентов корреляции в пределах τ = 0,75 - 0,92 и приведенные графические зависимости на рис. 1 свидетельствуют о наличии достаточно тесной связи между объемами земляных работ и параметром рельефа местности.

Таблица 1

Анализ экспериментальных данных позволяет установить области распределения объемов земляных работ в зависимости от технической категории дороги, характеристики рельефа местности и принятого коэффициента развития. На рис. 2 приведены зависимости .

Рис. 1. Зависимость  для I, II, III, IV - технических категорий дороги

Рис. 2. Оценка влияния технической категории дорог на величину объемов земляных работ

Для получения обобщенной характеристики связи объемов земляных работ с параметрами рельефа и трассы и возможности ее использования в аналитических расчетах получено уравнение регрессии .

Решение задачи осуществлялось на основе программы, составленной для ЭВМ ЕС-1020.

В результате получено следующее уравнение в общем виде:

W3 = a0 + a1·KL + a2,                                                         (3)

где а0, а1, а2 - коэффициенты уравнения регрессии, значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

Анализ полученных уравнений регрессии по значениям коэффициентов множественной корреляции Rr, которые отражают тесноту связи между исследуемыми характеристиками, показал, что Rr = 0,91 - 0,98 [3].

Результаты выполненного исследования позволяют разработать рекомендации по назначению рациональных значений параметров участка трассы в зависимости от рельефа местности и технической категории дороги, что является предметом дальнейших исследований.

Литература

1. Хомяк Я.В. Проектирование сетей автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 207 с.

2. Нормативы удельных капитальных вложений в строительстве автомобильных дорог общего пользования на период 1975 - 1980 гг. - М.: Гипродорнии, 1982.

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Высшая школа, 1972. - 412 с.

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ И КРИТЕРИЕВ ТРАССИРОВАНИЯ ДОРОГ НА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ

Ю.Б. Антонов, Т.Ю. Стремина

Сибирский автомобильно-дорожный институт

Ранее в [1, 2] предложено, что оптимизация трассы дороги возможна эвристическими методами, моделирующими алгоритм принятия решения человеком. Такой алгоритм можно представить шестью процедурами: 1 - принятие к рассмотрению множества вариантов плана трассы; 2 - предварительная оценка сложности рельефа каждого варианта. Методика оценки приведена в работе [3]. По этой методике рельеф характеризуется дисперсией отметок и показателями частоты колебания отметок mlnw и дисперсией частоты ; 3 - отбраковка вариантов c труднопреодолимыми формами (Т-формами) рельефа с целью сужения области поиска; 4 - повышение жесткости критерия и повторная отбраковка вариантов. Сужение области поиска до 1 - 2 вариантов; 5 - оптимизация параметров дороги по критерию строительных (а по мере разработки программы - по критерию суммарных) затрат для оставшихся вариантов; 6 - принятие окончательного варианта дороги.

Такой алгоритм имитирует процесс поэтапного приближения к лучшему варианту и экономит машинное время, так как по мере ужесточения критерия (соответственно и увеличения времени для его вычисления) область поиска сужается.

Первая процедура выполняется исходя из следующих предположений: область поиска должна быть достаточно широкой и содержать полосу местности, по которой в дальнейшем ляжет оптимальный вариант; планы трассы соответствуют требованиям зрительной ясности и плавности, гладкости линии; план оптимальной трассы может быть получен из отдельных участков нескольких предварительно принятых планов.

Большое количество вариантов заставляет найти математически простую, с малыми затратами машинного времени, но надежную процедуру их отбраковки. Вид такой процедуры зависит от критерия отбраковки. Здесь предлагается принять критерием названные выше характеристики рельефа местности по трассе. Тогда методика трассирования и отбраковки может быть основана на следующем принципе: при равных гидрогеологических условиях оптимальная трасса проходит по полосе местности с минимальной дисперсией отметок и частотой их колебания при более широком спектре. Только на такой полосе можно получить наименьший объем земляных работ и обеспечить наибольшую оптимальную скорость движения транспортного потока, следовательно, и минимум суммарных затрат.

Этот очевидный принцип трассирования визуально по плану в горизонталях не является само собой разумеющимся для ЭВМ - она не представляет рельеф умозрительно. Нужен алгоритм трассирования. Для подтверждения принципа проводились эксперименты, пример которых можно увидеть на рис. 1 ... 3.

На участке местности с пересеченным рельефом произвольно принимают 6 трасс (см. рис. 1), продольные профили земли (см. рис. 2).

Рис. 1 Планы трасс на экспериментальном участке

10...70 номера сечений местности, в которых определялись отметки земли

Рис. 2. Продольные профили земли по трассам 1...6

Между сечениями 17…34 1 и 2-я трассы имеют Т-формы. Эти участки бракуются. Легкопреодолеваемые формы (Л-формы) между этими сечениями имеют 3 и 4-я трассы. Следовательно, полоса оптимальной местности где-то здесь. Между сечениями 34...37 и 54 и 76 варьирование трассы влево - вправо мало изменяет перепад отметок, поэтому оптимальная полоса - кратчайшая. Итак, предварительным трассированием можно определить возможное сочетание участков земли с Л-формами рельефа. Надо отметить, что отдельный участок земли не представляет собой Т- или Л-форму. Только их сочетание вдоль трассы определит - какой «вклад» в дисперсию отметок рельефа «внесет» каждый участок. Замечено, что местность можно разбить на отдельные полосы, в пределах которой изменение плана трассы не улучшает ее рельеф [1]. Поэтому оптимальную полосу местности можно составить участками, каждый из которых в сочетании с соседними имел бы Л-форму. В итоге полученная полоса местности будет иметь минимальную дисперсию отметок.

Например, такая полоса получилась бы из участков трассы 1 между сечениями 1...8 и 40...76, трассы 2 между 8...15 и 30...46, трассы 4 между 15...30 (см. рис. 1 и 2).

Для окончательного выбора оптимальной полосы из отрезков трасс 1...6 составлены новые трассы: а - из участков 1, 1, 1, 1; б - 1, 2, 1, 2, 1; в - 1, 2, 6, 1; г - 1, 2, 3, 2, 6, 1; д - 1, 2, 3, 2, 1; е - 1, 2, 4, 2, 5, 1; ж - 1, 2, 4, 6 (см. рис. 1 и 2). Для них определены параметры рельефа по программе «спектр», оптимальная скорость, и запроектированы продольные профили дороги. Ограничения и нормы проектирования одинаковы.

Проекты составлены по программе Н074 Воронежского филиала Гипродорнии. Спектры дисперсий рельефа по трассам приведены на рис. 3.

В табл. 1 отражены проектные данные продольных профилей дороги.

Проектные данные профилей дороги

Из данных рис. 3 и таблицы видно, что оптимальная полоса местности соответствует трассе ж.

Рис. 3. Эмпирические спектры дисперсий профилей земли а, б, в, г, д, е, ж

Об этом можно судить по всем трем критериям: показателям рельефа, оптимальной скорости, объему земляных работ. Самый простой из них первый: вычисление дисперсии и параметров спектра одной трассы занимает в 60...100 раз времени меньше, нежели проектирование продольного профиля и подсчет объема работ. Поэтому показателей рельефа достаточно для выработки решения типа «хуже - лучше» относительно планов трасс и их отбраковки. Следовательно, первые три процедуры алгоритма трассирования должны быть основаны на количественной оценке рельефа.

Из трех параметров рельефа дисперсия отметок - определяющий. Вариант с большей дисперсией может быть отбракован без анализа его спектра.

Алгоритм, реализующий принятый принцип трассирования, обозначен на рис. 4, в нем Д, т, σ параметры оптимальной полосы местности. Смысл третьего блока алгоритма состоит в поиске участков трассы, отметки которых вносят наибольший вклад в дисперсию и их обход. Трасса развивается в плане. Если это развитие не уменьшает дисперсию - принимается кратчайший путь и поиск вариантов заканчивается. В блоках 4 ... 10 определяются параметры рельефа трасс и их браковка. В блоке 10 варианты, принимаются к дальнейшему анализу.