Моделирование организации движения на перекрестке ул. Дзержинского и ул. Окулова

Объектом исследования является перекресток ул. Дзержинского – ул. Окулова (рис. 1). Рассматриваемый перекресток является связующим звеном для осуществления транспортных корреспонденций от центра города к Пермскому Государственному Университету им. Горького и промышленно-офисной зоне на ул. Дзержинского.

Рис. 1. Перекресток ул. Дзержинского – ул. Окулова.

На данный момент на перекрестке ул. Дзержинского – ул. Окулова выявлены две основные проблемы.
Одной из основных проблем, существующих на данном участке УДС, является переход улично-дорожной сети пешеходами в неустановленном месте.

Для пешеходного движения в настоящее время предусмотрен только один пешеходный переход с северной части рассматриваемого пересечения ул. Окулова. Ввиду того, что корпусы Пермского государственного университета им. Горького (ПГУ) и общежития ПГУ находятся южнее исследуемого перекрестка, для сокращения пути пешеходного движения студенты и преподаватели, нарушая правила дорожного движения, пересекают перекресток в неустановленном месте – с южной стороны ул. Окулова. Для организации безопасного и удобного пешеходного сообщения необходимо учесть особенности данного перекрестка и пересмотреть организацию движения пешеходного движения через рассматриваемый узел.
Вторая проблема заключается в том, что рассматриваемый перекресток занимает большую площадь. Ввиду отсутствия разметки на указанном перекрестке, движение транспортных средств осуществляется в произвольном порядке, что приводит к частому возникновению ДТП. Для локализации вышеуказанной проблемы необходимо упорядочить движение транспортных потоков в рассматриваемом узле.
Для решения рассматриваемых проблем необходимо провести моделирование различных вариантов организации транспортного и пешеходного движения.
Исходными материалами для моделирования являются предложенные проектные варианты планировки УДС и организации дорожного движения на перекрестке, а также данные об интенсивности и структуре транспортного потока.

Данные об интенсивности транспортных потоков были получены в результате обработки натурных данных, собранных с помощью видеокамеры.
При проведении натурных замеров интенсивности транспортных потоков в течение дня было замечено, что максимальная нагрузка на перекресток возникает не в пиковое время (с 8-30 до 9-30 или 18-00 до 19-00), а в дневное время (с 12.30 до 13.30). Это связанно с тем, что рассматриваемый перекресток обслуживает промышленную зону и ПГУ. В частности режим работы в Пермском государственном университете им. Горького организован в две смены. Следовательно, в дневное время заканчиваются занятия у студентов, обучающихся в первую смену, и начинаются занятия у студентов, обучающихся во вторую смену. Таким образом, одни студенты покидают учебные места, а студенты, обучающиеся во вторую смену, следуют в ПГУ. Поэтому в данный период времени и возникает максимальная нагрузка на исследуемый участок УДС.
В непосредственной близости от рассматриваемого участка УДС расположена зона промышленных и торговых предприятий, для которых деловая активность характерна в дневное время, следовательно, наибольшая нагрузка на данный участок УДС также приходится на дневное время. В связи с этим для исследования был выбран временной промежуток с 12.30 до 13.30. Данные об интенсивности движения транспортных и пешеходных потоков представлены на картограмме (рис. 2) (интенсивность транспортных потоков измеряется в авт/ч, пешеходных потоков – в чел/ч).

Рис. 2. Картограмма интенсивностей транспортных и пешеходных потоков с 12.30 до 13.30.

Полученные данные об интенсивности движения транспортных и пешеходных потоков в последующем будут использованы при моделировании проектных вариантов организации дорожного движения.

Проектные предложения по изменению схемы организации дорожного движения на перекрестке ул. Дзержинского – ул. Окулова

Для решения описанных проблем существующей организации дорожного движения было предложено 5 вариантов проектных предложений.

Вариант 1

Проектный вариант 1 был предложен сотрудниками ГИБДД и разработан специалистами ООО «УРАЛДОРПРОЕКТ». Вариант 1 предполагает организацию дорожного движения в виде круговой развязки с внутренним диаметром 20 метров.

Рис. 3. Проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского: организация круговой развязки.

Улица Окулова согласно проектному варианту имеет четыре полосы движения в одном направлении при подъезде к развязке с северного направления. Предполагается, что при приближении ул. Окулова к перекрестку количество полос движения сокращается до трех.

В ходе моделирования были рассмотрены два варианта организации дорожного движения на круге с различными приоритетами:
-приоритет проезда по кругу;
-круговое движение второстепенное.

Предварительные результаты проведенного имитационного моделирования показали, что вариант организации движения с второстепенным движением по кругу неприемлем для данного перекрестка. Въезды на перекресток с круговым движением с разных сторон существенно различны – от одной полосы по ул. Дзержинского, до двух полос по ул. Окулова. Движение налево осуществляется с третьей полосы в отдельном потоке. Для упорядочивания движения необходимо, что бы весь транспортный поток двигался по кольцу. На существующей площади перекрестка невозможно разместить кольцо с тремя полосами движения по кругу, необходимость чего определяется тремя полосами движения на въезде с ул. Окулова. При организации движения со второстепенным движением по кругу и в две полосы движения, кольцо быстро блокируется транспортными средствами, въезжающими на него с ул. Окулова так как им приходится уступать транспортным средствам движущимся с ул. Дзержинского. Транспортные средства ожидающие на кольце замыкают движение по кольцу и следовательно движение через рассматриваемое пересечение осуществляется со значительными задержками. Вследствие чего, было принято решение о том, что на данном участке УДС необходимо предусмотреть организацию дорожного движения с приоритетом движения по кругу.

Рис. 4.Фрагмент моделирования варианта 1 с приоритетом на въезде на круг.

В соответствии с данным проектным вариантом 1 организация кругового движения на рассматриваемом участке УДС предусматривается без установки светофорных объектов, поскольку круговое движение, является саморегулируемым.
На данном участке улично-дорожной сети необходимо предусмотреть организацию пешеходных переходов, поскольку в рассматриваемой зоне наблюдается интенсивное пешеходное движение (в непосредственной близости расположен Пермский государственный университет им. Горького, а также большое количество различных предприятий).
В данном проектном варианте предусмотрена организация трех пешеходных переходов: два пешеходных перехода расположены на ул. Окулова и один пешеходный переход – расположен на ул. Дзержинского. Схема расположения пешеходных переходов на исследуемом участке УДС представлена на рис. 3.
Поскольку проблемная ситуация связана с осуществлением пешеходами перехода данного участка улично-дорожной сети в неположенном месте – движение пешеходов через трамвайные пути, для решения данной проблемы в рассматриваемом проектном варианте предусмотрена организация оборудованного пешеходного перехода через ул. Окулова с южной стороны перекрестка.
Так как в данной ситуации пешеходы, после пересечения проезжей части, будут двигаться по трамвайным путям, следует предусмотреть организацию безопасного движения пешеходов через трамвайные пути с организацией светофорного регулирования для трамвайного и пешеходного движения.

Вариант 2

Вариант 2 был разработан специалистами ООО «УРАЛДОРПРОЕКТ». Главной задачей проекта является разграничение большой площади перекрестка с помощью островков безопасности. По замыслу разработчиков, островки должны помогать водителям ориентироваться при проезде рассматриваемого перекрестка. Для регулирования движения на перекрестке необходимо установить светофорный объект. На рисунке 5 показан проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского с островками безопасности. Красными стрелками показаны места расположения светофорных головок.

Рис. 5. Проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского с островками. Вариант 2.

Для Варианта 2 специалисты ООО «Агентство дорожной информации «Радар» предложили организовать светофорное регулирование с разбивкой светофорного цикла на 3 фазы регулирования. Первая фаза разрешает движение для потока, направляющегося с севера с ул. Окулова и пешеходов, переходящих ул. Дзержинского. Вторая фаза разрешает движение для транспортных средств, следующих с западного направления ул. Дзержинского направо и с южного направления ул. Окулова, а также разрешает пешеходам переходить ул. Окулова с северного направления. Третья фаза разрешает движение транспортных средств, движущихся по ул. Дзержинского в прямом направлении, и пешеходов, переходящих проезжую часть ул. Окулова с южного направления.

Для транспортных средств, движущихся с восточного направления ул. Дзержинского налево, предусмотрен карман для накапливания транспортных средств. Продолжительность фаз регулирования и схема расстановки светофорных объектов приведена на рисунке 6.

Рис. 6. Вариант 2. Светофорное регулирование.

Вариант 3

Проектный вариант 3 был предложен специалистами ООО «Агентство дорожной информации «РАДАР» в декабре 2011 года. Этот проект был включен в данное исследование для проведения сопоставительного анализа с другими вариантами организации движения на рассматриваемом участке УДС.

Проектный вариант 3 предусматривает создание островков безопасности, обустройство пешеходного перехода в центре перекрестка, а также установку нового светофорного объекта. Для транспортного потока, следующего с северного направления ул. Окулова и поворачивающего направо на ул. Дзержинского, не требуется дополнительного регулирования движения, достаточно выделения островков безопасности.
Пешеходный переход в центре перекрестка позволит сократить расстояние, которое необходимо преодолеть пешеходам, движущимся с южного направления к ПГУ (по сравнению с расстоянием, которое нужно преодолеть при существующей организации пешеходного перехода). Такая организация пешеходного движения связана с тем, что перемещение пешеходов по трамвайным путям небезопасно, так как зона видимости как для трамваев, так и для пешеходов на рассматриваемом участке является очень маленькой. Обустройство дополнительного светофорного объекта, который будет реагировать на трамвайное движение, является экономически затратным мероприятием.

Рис. 7. Проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского с островками безопасности. Вариант 3.

Светофорное регулирование на перекрестке осуществляется в две фазы. Первая фаза разрешает движение транспортных средств, следующих с ул. Дзержинского. Вторая фаза предназначена для регулирования движения по ул. Окулова. Далее приведен рисунок с фазами переключения светофора. Продолжительность фаз регулирования и расстановка светофорных объектов приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Вариант 3. Светофорное регулирование.

Вариант 4

Проектный вариант 4 представляет собой измененный Вариант 1. Вариант 4 отличается от Варианта 1 тем, что три пешеходных перехода, располагающихся на подъезде к кольцу, заменит пешеходный переход, который проходит сквозь круг.
На рисунке 9 показан фрагмент моделирования проектного варианта 4.

Рис. 9. Проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского с круговым движением и пешеходными переходами через круг.

Вариант 5

Данный проектный вариант основан на уже рассмотренном ранее Варианте 2. В Варианте 5, также как и в Варианте 2, предусмотрено обустройство островков безопасности. В отличие от Варианта 2 в Варианте 5 по ул. Окулова предусмотрено три полосы движения: две полосы движения от перекрестка и одна полоса движения к перекрестку. Кроме того, в Варианте 5 светофорная головка на ул. Окулова, регулирующая движение транспортных средств, направляющихся к перекрестку, вынесена ближе к перекрестку на 25 метров, чем в Варианте 2.
Также с целью обеспечения безопасности пешеходов на данном перекрестке в проектном варианте 5 не предусмотрена организация пешеходного перехода через ул. Окулова с южной стороны. Поскольку пешеходы при данной организации движения будут следовать через трамвайные пути, необходимо предусмотреть организацию безопасного пешеходного перехода, необходимо обеспечить наличие светофорного регулирования для трамвайного и пешеходного движения.
На рисунке 10 представлен проект реконструкции перекрестка в соответствии с Вариантом 5.

Рис. 10. Проект реконструкции перекрестка ул. Окулова – ул. Дзержинского для Варианта 5.

Ввиду того, что отсутствует пешеходный переход через ул. Окулова с южного направления, изменяется цикл светофорного регулирования на рассматриваемом перекресте. Светофорное регулирование на перекрестке разбито на три фазы. Первая фаза разрешает движение для транспортного потока, направляющегося с севера с ул. Окулова и пешеходов, переходящих ул. Дзержинского. Вторая фаза разрешает движение транспортных средств, следующих с западного направления ул. Дзержинского направо по ул. Дзержинского в прямом направлении, а также разрешает пешеходам переходить ул. Окулова с северного направления. Третья фаза разрешает движение транспортным средствам, движущимся по ул. Окулова с южного направления и направо с ул. Дзержинского с западного направления, а также пешеходов, переходящих проезжую часть ул. Окулова с северного направления.
Схема переключения сигналов по фазам для проектного варианта 5 показана на рисунке 11.

Рис. 11. Схема расстановки светофорных объектов для проектного варианта 5.

Анализ результатов моделирования

По результатам моделирования был проведен сравнительный анализ трех предложенных проектных вариантов организации транспортных и пешеходных потоков движения по следующим параметрам функционирования:
• Среднее время задержки всех транспортных средств (сек) – среднее арифметическое время задержки транспортных средств. Время задержки вычисляется для каждого транспортного средства путем вычитания из теоретического (идеального) значения времени в пути, реально полученного значения времени в пути.
• Средняя скорость транспортных потоков (км/час) – среднее арифметическое скоростей всех транспортных средств на участке сети в ходе имитации;
• Полное время в пути (час) – сумма времени, затраченного транспортными средствами на проезд участка сети;
• Общее время задержки (час) – сумма времени задержки всех транспортных средств на участке сети в ходе имитации;
• Общее время остановок (час) – сумма времени, затраченного транспортными средствами на остановки;
• Количество остановок – число остановок, совершенное всеми транспортными средствами в ходе имитации;
• Количество транспортных средств в сети – среднее количество транспортных средств, постоянно находящихся в сети;
• Количество выехавших транспортных средств – определяет количество транспортных средств, покинувших моделируемый транспортный узел за час в каждом возможном направлении;
• Среднее число остановок транспортного средства – среднее арифметическое число остановок транспортных средств за время имитации.

Таблица 1.
Сравнительный анализ вариантов организации движения, проведенный для транспортных средств.

Таблица 2.
Сравнительный анализ вариантов организации движения, проведенный для пешеходов.

В данном разделе приведен сравнительный анализ различных параметров работы перекрестка не только для транспортных средств, но и для пешеходного движения.
Вариант 4 является приоритетным для движения пешеходов (при условии строгого соблюдения правил дорожного движения водителями транспортных средств на пешеходных переходах). В свою очередь Вариант 4 является наименее эффективным (из предложенных вариантов) с точки зрения интенсивности движения транспортных потоков, так как при его реализации средняя скорость движения автомобилей ниже, чем средняя скорость движения, наблюдаемая для остальных вариантов.
Вариант 1 характеризуется лучшими показателями (для транспортных потоков), чем Вариант 4. Однако по сравнению с оставшимися вариантами его показатели гораздо хуже: так, среднее время задержки превышает аналогичный показатель для вариантов 2, 3 и 4, более чем в 2 раза.
Вариант 2 является наиболее затратным с точки зрения времени, необходимого пешеходам для пересечения данного участка УДС. Время задержки при ожидании разрешающего сигнала для перехода перекрестка составляет в среднем около 25 сек. Рассматриваемый вариант предусматривает движение пешеходов по трамвайным путям, в связи с чем потребуется обустройство дополнительного светофорного объекта для пешеходов, который будет работать взаимосвязано с трамвайным движением. С точки зрения транспортного движения в предложенном Варианте 2 движение потоков стало более упорядоченным. Вариант 2 не является оптимальным по времени реализации корреспонденций через перекресток. Недостаток предложенного варианта в том, что поворот налево с южного направления ул. Окулова осуществляется только по одной полосе движения, что недостаточно при существующей интенсивности движения транспортных потоков на данном участке УДС.
У проектного варианта 5 исследуемые показатели эффективности работы перекрестка лучше, чем у варианта 2, так как отсутствие пешеходного перехода через ул. Окулова с южной стороны исключает необходимость установки на данном участке светофорной головки. Таким образом, время задержки транспортных средств на перекрестке (в сравнении с Вариантом 2) уменьшилось в 1,5 раза, а пешеходов – в 2 раза.
Вариант 3 является наилучшим с точки зрения транспортного движения. Скорость транспортного потока в рассматриваемом варианте самая большая, среднее время задержки для транспортных средств минимально и составляет примерно 11 сек. С точки зрения пешеходного движения задержки на перекрестке составляют в среднем около 6 сек. Движение пешеходов осуществляется по регулируемому пешеходному переходу.
С учетом данных, полученных в результате сравнительного анализа транспортных и пешеходных потоков, оптимальным проектным вариантом является Вариант 3.

Выводы

Наиболее эффективным вариантом организации движения на рассматриваемом участке УДС с точки зрения задержек транспортных и пешеходных потоков является вариант организации движения номер 3. Проблему организации пешеходного движения с южной стороны перекрестка по ул. Окулова он решает не в полном объеме: по сравнению с существующей ситуацией сокращается длина пешеходной корреспонденции при пересечении ул. Окулова. В настоящее время с южной стороны ул. Окулова около 40 человек в час переходят проезжую часть, нарушая правила дорожного движения. Так как Вариант 3 не предполагает обустройства пешеходного перехода в том месте, где сейчас передвигаются нарушители (движение пешеходов по трамвайным путям), существует вероятность того, что пешеходы – нарушители правил дорожного движения, будут также переходить УДС в неположенном месте. Поэтому при реализации Варианта 3 необходимо отделение трамвайных путей высотным ограждением, чтобы препятствовать осуществлению перехода на другую сторону ул. Окулова в непредусмотренном для пешеходного движения участке УДС.