WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таким образом, произведение интенсивности и плотности ТП является характеристикой текущего уровня его энтропии. Поскольку в это произведение входят как пространственная (плотность), так и временная (интенсивность) характеристики, данный параметр можно назвать «пространственно-временной емкостью ТП» (далее – емкостью ТП):

, (м·с)-1, (2)

где e – пространственно-временная емкость ТП, (м·с)-1; q – интенсивность движения, с-1; k – плотность ТП, м-1.

Последующие исследования информативности и оперативности емкости ТП подтвердили обоснованность ее использования как наиболее объективного критерия оценки уровня техногенной опасности ТП на УДС города.

Проведенные аналитические исследования обеспечили принципиальную основу для разработки практической методики оценки опасности городских ТП. Ее обобщенный алгоритм с использованием сформулированных принципов энергоэнтропийного метода представлен на рис. 1. Здесь количественной мерой опасности ТП на УДС является функция интегрального техногенного риска ТП от дорожной аварийности и загрязнения воздуха.

Рис. 1. Алгоритм методики оценки опасности ТП на городской УДС

Необходимо выявить характер взаимосвязи риска с емкостью ТП и обосновать ее предельно допустимое значение [e], для чего используется закон сохранения энергии применительно к ТП

, м/с2, (3)

где M – общая энергия ТП, м/с2; – кинетическая энергия ТП ( – коэффициент), м/с2; – шум ускорения (внутренняя энергия ТП), м/с2.

Согласно энергетическому подходу, КПД для ТП определяется как отношение кинетической энергии к общей энергии ТП, и наибольшая его величина характеризует минимум энтропии ТП, а, значит, и предельно допустимый уровень техногенной опасности ТП. С другой стороны, названное отношение представляет собой нормированную величину кинетической энергии ТП. На основе постулатов гидродинамической аналогии были получены формулы нормированных кинетической, внутренней энергий ТП (выражения (4) и (5)), а также его емкости (выражение (6)).

, (4)

, (5)

, (6)

где – скорость свободного движения ТП, м/с; – максимальная интенсивность движения, с-1; – максимальная плотность ТП, м-1; – максимальная пространственно-временная емкость ТП, (м·с)-1.

Вышеизложенные положения позволяют говорить о том, что зависимости, определяемые формулами (4), (5) и (6) (рис. 2), описывают процесс формирования характеристик техногенной опасности ТП на УДС.

1 – график нормированной кинетической энергии ()

2 – график нормированной внутренней энергии ()

Рис. 2. Соотношение между энергией и емкостью ТП

Минимальный уровень энтропии и наибольшая производительность транспортного процесса достигается при максимальной кинетической энергии ТП. В соответствии с рис. 2, при таком состоянии емкость ТП составляет половину от своей максимальной величины. Отсюда границей допускаемых условий движения считается такое состояние ТП, при котором его емкость не превышает половины своего максимального значения. Иначе необходимо внедрение мероприятий с целью снижения уровня транспортной опасности, как на отдельном участке УДС, так и в масштабах всего города.

Разработка выражения интегрального риска ТП базируется на базовых постулатах теории техногенного риска. Тогда интегральный техногенный риск ТП представлен в виде функционала, связывающего вероятность проявления рисковых обстоятельств, возникающих при движении ТП на УДС, и математическое ожидание ущерба от этих рисковых обстоятельств

, (7)

где i – виды рисковых обстоятельств техногенной опасности ТП.

Поэтапная разработка выражений параметров базируется на использовании методов теории вероятностей, а величины ущербов определены на основе современных методик экономической оценки ущербов от дорожной аварийности и загрязнения атмосферы АТ.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям, цель которых заключается в проверке гипотез, выдвинутых в теоретических исследованиях и адекватности моделей экспериментальным данным. В контексте изучаемой проблемы экспериментальные исследования направлены на формирование базы данных, необходимых для определения уровня энтропии ТП и количественного значения интегрального техногенного риска ТП на объектах УДС с последующим выявлением характера его зависимости с емкостью ТП.

Экспериментальные исследования проводились на опорной УДС г. Кемерово. Формирование статистических данных осуществлялось кафедрой автомобильных перевозок КузГТУ с привлечением студентов автомобильных специальностей (323 наблюдателя), что обеспечило требуемое количество стационарных постов. Методика проведения экспериментальных исследований предусматривала получение информации на стационарных постах наблюдений и с помощью подвижных средств. Наблюдатели на перегонах исследуемого района собирали информацию о временных характеристиках движения и их неравномерности в течение 12 часов эффективного времени суток.

Для получения значения емкости ТП использовался метод исследования с помощью «плавающего» автомобиля. В качестве «плавающего» автомобиля использовалась специально оборудованная дорожная лаборатория на базе автомобиля TOYOTA MARK II, с помощью которой фиксировались значения всех параметров сложности режимов движения. Лаборатория была оборудована крупным табло для отсчета времени в секундах, протарированным электронным спидометром для определения скорости движения с точностью до 1 км/ч. Для снятия всех показаний использовалась видеокамера, которая была закреплена на специальном демпфирующем штативе. Полученные таким образом изображения впоследствии были обработаны пакетом прикладных программ по распознаванию образов и переведены в электронные таблицы Microsoft Excel. Подобные исследования проводились в 1999, 2004, 2005, 2006 гг.

При обосновании репрезентативности экспериментальной выборки доказано, что полученные распределения скоростей для всех типов АТС аппроксимируются нормальным законом распределения. В дальнейшем по распределению Стьюдента получена зависимость объема измерений n, обеспечивающего репрезентативность экспериментальной выборки от известной оценки для уровня доверительной вероятности 0,9.

Для определения аварийной составляющей интегрального техногенного риска ТП был проведен статистический эксперимент по сбору данных по аварийности на УДС г. Кемерово. Для этого информация из государственной статистики ОГИБДД ГУВД г. Кемерово по ДТП с пострадавшими была дополнена данными о ДТП с материальным ущербом от страховых компаний г. Кемерово.

Для определения экологической составляющей интегрального техногенного риска ТП проведен вычислительный эксперимент с использованием имитационной модели движения АТС в составе ТП, разработанной в МАДИ-ГТУ и использующей схему кусочно-непрерывного агрегата. Ее адекватность фактическим данным в условиях г. Кемерово была доказана на всех этапах проверки.

Четвертая глава посвящена выявлению характера взаимосвязи емкости и интегрального техногенного риска ТП, определению численных значений параметров математических моделей и практическому использованию результатов исследований.

На основе экспериментальных данных получена наглядная картина изменения уровня интегрального техногенного риска при изменении энтропии и емкости ТП. Для наиболее загруженных магистралей г. Кемерово полученные результаты представлены на рис. 3 и 4.

а) б)

Рис. 3. Изменение емкости ТП (а) и интегрального техногенного риска ТП (б) по перегонам ул. Терешковой г. Кемерово

а) б)

Рис. 4. Изменение емкости ТП (а) и интегрального техногенного риска ТП (б) на общих перекрестках пр. Кузнецкого, ул. Терешковой,

пр. Октябрьского, пр. Ленина и ул. Сибиряков-Гвардейцев г. Кемерово

Установлено, что максимальное значение пространственно-временной емкости ТП в условиях УДС г. Кемерово составляет 0,0334 (м·с)-1, таким образом, ее предельно допустимая величина – 0,0167 (м·с)-1.

Как показывает анализ интегрального техногенного риска ТП, из-за конфликтов направлений движения ТП его уровень на перекрестках гораздо выше, чем на перегонах. Данные, представленные на рис. 3 и 4, иллюстрируют практически идентичные тенденции изменения емкости и интегрального техногенного риска ТП как на перегонах, так и на перекрестках УДС. Это говорит в пользу гипотезы о наличии тесной взаимосвязи между ними.

При разработке моделей зависимости межу интегральным техногенным риском и емкостью ТП построены диаграммы рассеяния отдельно для перегонов и перекрестков опорной УДС (рис. 5), которые доказывают наличие тесной линейной связи между ними с коэффициентами корреляции 0,915 для перегонов и 0,938 для перекрестков.

а) б)

Рис. 5. Диаграммы рассеяния экспериментальных значений емкости и интегрального техногенного риска ТП для перегонов (а) и перекрестков (б) опорной УДС г. Кемерово

По методу наименьших квадратов для исходных данных за исследуемые годы, а также для интегральной выборки получены значения параметров уравнения вида для перегонов и перекрестков. Регрессионные уравнения по интегральным выборкам для перегонов и перекрестков опорной УДС г. Кемерово имеют следующий вид (с коэффициентами корреляции соответственно 0,915 и 0,938)

– для перегонов, (8)

– для перекрестков. (9)

Графики данных модельных уравнений представлены на рис. 5.

Оценка значимости полученных параметров регрессионных моделей и доверительных интервалов на основе статистики t и распределения Стьюдента показала, во-первых, достаточно высокую значимость всех коэффициентов регрессии, во-вторых, что полученные по интегральным выборкам модельные уравнения не меняются с течением времени и их можно применять с данными коэффициентами в ретроспективе и перспективе.

Анализ данных по уровню интегрального техногенного риска ТП на опорной УДС г. Кемерово позволил провести прогноз его перспективных изменений во времени как в среднем по городу, так и для отдельных улиц. Пример прогноза для пр. Октябрьского и ул. Сибиряков-Гвардейцев представлен на рис. 6.

а) б)

Рис. 6. Краткосрочный прогноз изменения уровня интегрального

техногенного риска ТП на различных участках пр. Октябрьского (а)

и ул. Сибиряков-Гвардейцев (б) г. Кемерово на период до 2012 г.

Выявлено, что тенденции роста среднего уровня интегрального техногенного риска ТП как для перегонов, так и для перекрестков УДС г. Кемерово хорошо аппроксимируются экспоненциальными линиями тренда (с уровнем достоверности аппроксимации R2 соответственно 0,979 и 0,982).

Как показал прогноз, без своевременных мероприятий на УДС г. Кемерово к 2012 г. можно ожидать достижение уровнем интегрального техногенного риска ТП своего критического значения. С другой стороны, данные рис. 6 показывают либо замедление роста уровня интегрального техногенного риска ТП, либо его существенное падение в 2006 г., когда была проведена реконструкция Кузнецкого моста. Это свидетельствует о высокой эффективности внедряемых на УДС мероприятий для снижения уровня энтропии и техногенной опасности городских ТП.

При определении связи интегрального техногенного риска ТП с его интенсивностью и составом на основе обработки широкого диапазона различных транспортных ситуаций построены полиномиальные поверхности второй степени (рис. 7). Их анализ показывает, что при одном значении интенсивности у ТП с большей разнородностью наблюдается гораздо более высокий уровень энтропии и интегрального техногенного риска ТП.

а) б)

Рис. 7. Связь интегрального техногенного риска ТП с интенсивностью

и составом потока для перегонов (а) и перекрестков (б) опорной УДС г. Кемерово ( – доля грузовых АТС и автобусов в ТП)

В дальнейшем на основе взаимосвязи емкости ТП с его кинетической энергией обоснованы интервальные оценки уровней обслуживания по относительному интегральному техногенному риску ТП для объектов УДС г. Кемерово (с учетом ограничения, приведенного на рис.2), среди которых первые два обозначены как приемлемые:

для перегонов: для перекрестков:

0,32; 0,29 безопасный уровень;

0,32 < 0,52; 0,29 < 0,53 допустимый уровень; (10)

0,52 < 0,72; 0,53 < 0,77 опасный уровень;

> 0,72; > 0,77 очень опасный уровень.

На основе интервальных оценок (10) проведена типизация объектов опорной УДС г. Кемерово по уровням техногенной опасности. Впоследствии были разработаны параметры оценки эффективности отдельного мероприятия по снижению уровня интегрального техногенного риска ТП () и внедрении одновременно комплекса мероприятий на конкретном объекте (участке) УДС () (выражения (11)).

,, (11)

где, – значение пространственно-временной емкости ТП соответственно после и до внедрения на данном объекте УДС i-го мероприятия по снижению уровня интегрального техногенного риска ТП, (м·с)-1, m – количество одновременно внедряемых мероприятий.

В целях практической реализации исследований разработан программный вычислительный комплекс (ПВК) по исследованию и прогнозированию интегрального техногенного риска ТП на опорной УДС г. Кемерово. Обработка и анализ данных осуществлялись в среде геоинформационной системы (ГИС) MapInfo Professional (демо-версия). Основой ПВК выступает геоинформационная модель городской транспортной сети. Графическая часть данных для построения картограмм интегрального техногенного риска ТП, сформированная в MapInfo на основе слоя сети улиц, заключена в 2-х векторных слоях: «Перекрестки» и «Перегоны». В слое «Перекрестки» представлены ГИС-модели перекрестков в виде объектов типа «точка» с атрибутами, значениями которых являются величины интегрального техногенного риска ТП для перекрестков опорной УДС. В слое «Перегоны» в узло-дуговой топологии представлены ГИС-модели перегонов в виде объектов типа «полилиния», значения атрибутов которых хранят величины интегрального техногенного риска ТП для перегонов опорной УДС. Для представления результатов анализа на картах-схемах использовались векторные фоновые слои, отображающие в ГИС строения, границу города и гидрографию.

Рис. 8. Начальное рабочее окно ПВК

Рис. 9. Главные рабочие окна построения картограммы рисков

Рис. 10. Главные рабочие окна расчета и прогноза уровня риска при внедрении мероприятий по его уменьшению

На рис. 8 – 10 показаны основные рабочие окна ПВК, логическая и структурная связь между которыми определяется его алгоритмом.

Использование при разработке ПВК среды ГИС MapInfo Professional обеспечивает возможность дополнять опорную УДС г. Кемерово новыми объектами, отображать их на картограммах интегрального техногенного риска ТП и проводить для них все необходимые расчеты.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»