Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города

4) Низкая эффективность ограничения доступа на магистрали с точки зрения перераспределения транспортных потоков из-за низкой связности местной улично-дорожной сети (УДС) и невозможности выбора альтернативного маршрута.

Мы уже выше упоминали о распространенном заблуждении по заметному влиянию некоторого (в основном крайне незначительного по времени и использующегося, как правило, в часы пик) ограничения въезда на магистрали автомобилей на эффективность дорожного движения.

В городских условиях все происходит как раз наоборот: если по магистралям можно без пробок и заторов (именно для этого магистрали и предназначены) быстро (за 10-20 минут) доехать до пункта назначения, то водитель, как правило, не будет искать альтернативные маршруты, а предпочтет ехать по магистрали даже в том случае, если для въезда на нее ему придется некоторое время (несколько минут) подождать. Таким образом, время в пути для него возрастет на несколько минут, например, с 15 минут до 20 минут, тогда как другими маршрутами ему до того же места придется добираться в заторах и пробках часами.

Иначе говоря, если создать движение без пробок хотя бы на магистралях, то пропускная способность городской сети сразу увеличится.

Но полностью решить проблему заторов и пробок на улицах города возможно только с помощью сети многоуровневых магистралей-эстакад для перемещения легковых автомобилей, а также автопоездов или электропоездов с пассажирами, желающими перемещаться по городу без автомобилей (недорогой аналог метро, но над землей), описанной выше, поскольку сеть магистралей-эстакад как бы всасывает в себя легковые автомобили, освобождая секторальные улицы от лишнего транспорта для свободного проезда. Кроме того, магистрали-эстакады обеспечивают свободный въезд в город и выезд из него любого числа автомобилей. При установке магистралей-эстакад над действующими магистралями и/или железнодорожными путями не придется тратить колоссальные суммы на снос домов и строительство дополнительных дорог в городе, а практически неограниченная пропускная способность городской сети магистралей будет обеспечена.

5) Высокая стоимость внедрения, требующего существенных инвестиций в транспортную инфраструктуру.

Известно, что уже в течение более 10 лет борьбы с пробками в Москве безрезультатно потрачены сотни миллиардов долларов, и эти бесполезные траты предполагается осуществлять и далее.

Внедрение же усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering [3] на магистралях со светофорами [5] и без них [5] по сравнению со строительством или расширением дорог обходится совсем недорого: для регулирования процесса въезда автомобилей на магистраль требуются светофоры, радары или детекторы, табло, контроллеры. А это оборудование не является дорогим. К тому же, на многих въездах на магистрали светофоры и прочее оборудование уже имеется и его надо только перестроить. Что же касается установки многоуровневых магистралей-эстакад над наземными магистралями, то километр двухэтажной магистрали с восемью действующими полосами движения и парковочным третьим уровнем стоит $7-8 млн., а не сотни миллионов долларов, затрачиваемых городским бюджетом, в данном случае Москвы, на один километр городских наземных магистралей.

Только одно внедрение усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering на магистралях со светофорами и без них, увеличивает пропускную способность нынешних магистралей примерно в полтора раза, что только по этому показателю эквивалентно соответствующему увеличению сети транспортных магистралей, а это – сотни миллиардов долларов. К тому же следует отметить уменьшение потерь времени в пути, расхода топлива, напрасно расходующегося в заторах, уменьшение поступающего в воздух выхлопного газа и т.д.

Дополнительные разъяснения по организации безостановочного движения на городских автомагистралях.

Прежде всего, должен быть решен вопрос о выделении пробного участка без пересечений (без регулируемых перекрестков) в 10-20 км.

На нем сначала могут быть отработаны вручную детали методики установления безостановочного движения на магистралях без перекрестков, то есть с использованием на въездах ручного переключения светофоров на запрещающий сигнал или использования жезла при указании радара на падение скорости потока до 60 (40 или 50) км/час и на разрешающий сигнал при указании радара на заданный верхний предел скорости потока 100 (80 или 90) км/час. После этой отработки производится установление автоматического режима контролируемого въезда автомобилей на всем протяжении участка, а затем перенос этого режима на все аналогичные магистрали.

Если в городе не имеется магистралей без пересечений, то необходимо рассмотреть вариант надземных переездов или рассмотреть вариант организации безостановочного движения на магистралях с перекрестками автомобильными колоннами с разрывами между колоннами (см. предшествующую главу).

Приведем более конкретно алгоритм для регулирования въезда автомобилей на магистраль без перекрестков.

На въездах необходимо поставить регулировщиков с жезлами или ручным переключением сигнала светофора и радарами для проведения периодического ограничения въезда автомобилей на магистраль.

При свободном движении, например, в интервале 50-90 км/час ограничение въезда не производится (магистраль не перегружена, поток далек от синхронизированного, то есть автомобили имеют возможность свободно менять полосу движения). Средняя скорость транспортного потока измеряется радарами или другими доступными способами.

При уплотнении транспортного потока в часы пик или при авариях и, как результат, падении его средней скорости, например, до 50 км/час въезд автомобилей на магистраль на соответствующих участках запрещается до увеличения средней скорости транспортного потока, например, до 90 км/час.

При регистрации средней скорости потока 90 км/час въезд автомобилей на данный участок магистрали разрешается вплоть до снижения средней скорости потока до 50 км/час и так далее.

Этот алгоритм используется, в основном, в часы пик и при авариях, то есть при начале перегрузки трассы Результатом использования этого алгоритма является то, что безостановочное движение потока автомобилей на магистрали не прерывается.

При этом на магистрали для скоростного, свободного, безостановочного движения используются все полосы движения, кроме крайних справа по ходу движения.

Таким образом, с помощью указанного режима контролируемого въезда скорость на всем протяжении магистрали все время удерживается в пределах 50-90км/час и безостановочное движение в режиме свободного потока сохраняется

При авариях на магистрали скорость удерживается в тех же пределах за счет дополнительного увеличения времени ограничения въезда автомобилей на магистраль до момента увеличения скорости потока до максимального значения, а объезд места аварии (ремонта) проводится по свободным полосам движения и буферным (крайним справа) полосам у мест аварий.

1. Дорожная полиция и департамент по управлению движением должны скоординировать свои действия по предотвращению сквозного проезда автомобилей по буферным полосам, например, с помощью специальной разметки, использованием видеокамер и т.д.

2. Число въездов на магистраль должно соответствовать числу съездов с магистрали для согласования притока автомобилей на магистраль и оттока их с нее. Если число съездов недостаточно или в часы пик у съездов транспортный поток начинает быстро уплотняться, то необходимо соответственно увеличить число съездов или изменить организацию движения на прилегающих к магистрали улицах аналогичным предложенному способом.

3. Въезд автомобилей на магистраль, так же как и съезд с нее, производится только через буферную полосу на отрезке 50-200 метров и автомобили перед съездом с магистрали заранее переезжают на эту резервно-техничекую (буферную) полосу, чтобы не создавать помех другим автомобилям на действующих полосах движения. Таким образом, буферная полоса оказывается на большей части своего протяжения свободна для объезда автомобилями мест аварии или ремонта.

4. Съезд производится только в правую сторону по ходу движения через буферную полосу, чтобы не нарушать режим свободного потока (не тормозить его) на магистрали. Левый поворот с магистрали запрещается.

5. Запуск автомобилей на магистраль производится только по разрешающему сигналу въездного светофора, работающего в автоматическом режиме через контроллер, запрограммированный на смену разрешающего въезд сигнала на запрещающий только при подаче с радара сигнала о падении средней скорости транспортного потока, например, до 50 км/час. Сигнал светофора переключается на разрешающий только при наборе транспортным потоком скорости, близкой к верхнему пределу скорости, например, 90 км/час (в зависимости от ситуации эти интервалы могут быть различными, например, 30 – 70 км/час, 60 – 100 км/час, но не менее 30 км/час). Тем самым, не допускается попадание транспортного потока в стадию синхронизированного потока (при котором автомобили не могут маневрировать без торможения потока) и возникновение заторов исключается.

На магистрали должны быть установлены указатели об ограничении нижнего уровня скорости, например, до 50 км/час. Таким образом, данный режим исключает возможность перехода свободного транспортного потока в синхронизированный, который лишает автомобили возможности маневра (переезда с одной полосы движения на другую).

6. Для случая возможного скопления автомобилей у въездов при запрещающем сигнале светофора, например, в часы пик необходимо предусмотреть соответствующее расширение въездных участков на магистраль. Что касается съезда, то при экстремальной ситуации, например, в часы пик, автомобили выстраиваются один за другим на буферной полосе перед съездом и последовательно съезжают с магистрали, не препятствуя движению основного транспортного потока. В том случае, если выезжать им будет некуда – прилегающая улица будет в пробке – на буферной полосе у данного съезда будет выстраиваться очередь до тех пор, пока места на этой полосе будет достаточно, а затем остальным автомобилям придется проезжать дальше – до следующих съездов. В любом случае, многократное сокращение времени проезда автомобилей по магистрали без светофоров (без перекрестков) способствует разгрузке прилегающей улично-дорожной сети от автомобилей благодаря их ускоренной переброске к местам назначения через данную магистраль с безостановочным движением и высокой пропускной способностью и улучшает условия проезда по всей городской дорожной сети.

7. Для преобразования магистрали с перекрестками в безостановочную магистраль необходимо, кроме демонтажа центральных светофоров и установки светофоров на въездах, соорудить для пешеходов подземные и надземные переходы, а автомобили, пересекающие данную магистраль, пустить по быстро собирающимся металлическим эстакадам. В результате, смежные районы города не рассекаются автомагистралью с исключением возможности прямого транзита.

8. Кроме указанных целей, буферные полосы могут использоваться для подъезда специализированного транспорта к местам аварий или ремонта, а также, при необходимости, и как полосы для общественного транспорта в определенное время суток.

9. Следует также отметить, что наличие свободной от движения резервно-технической (буферной) полосы по краю магистрали особенно важно при недостатке съездов с магистрали. Поскольку сохранение безостановочного скоростного режима является самым главным для нормального функционирования магистралей, постольку уходящие из транспортного потока автомобили не должны его задерживать и должны иметь место для ухода в любое время из потока. Этим местом и является буферная полоса, способная вместить достаточное число автомобилей, если пропускной способности съездов, например, в часы пик не хватает. Причем технически несложно дополнительно расширить буферные полосы – в предельном варианте – для большей вместимости отстаивающихся до момента съезда на ней автомобилей, по крайней мере, до времени постройки дополнительных съездов.

10. Как нами уже было указано выше, гораздо важнее установить на всех магистралях скоростное безостановочное движение, позволяющее за 10-20 минут пересечь значительную часть города, чем все остальное, поскольку магистрали являются основными транспортными артериями города и при установлении на них безостановочного движения (без пробок и заторов) практически решается проблема транспортного коллапса, то есть тысячи, а в крупных городах десятки тысяч и более автомобилей по магистралям могут беспрепятственно перемещаться по городу без пробок и заторов на них, в отличие от того, как это происходит сейчас. Что касается «возможного неприемлемого большого времени ожидания разрешающего сигнала светофора перед въездом на магистраль», то кратковременное ожидание (как правило, несколько минут до въезда на магистраль для каждого автомобиля в напряженные периоды движения), практически только в часы пик на специально выделенных площадках неизмеримо выгоднее задержки автомобилей в течение 2-3 часов в пробках на магистралях, как это происходит каждый день на магистралях практически всех крупных городов.

11. Настоящая методика позволяет избежать уплотнения транспортных потоков. С ее помощью на магистралях образуются разреженные (свободные) транспортные потоки со скоростным безостановочным движением. Поэтому автомобили могут беспрепятственно маневрировать в этих условиях. Это необходимо потому, что в городских условиях при наличии недалеко друг от друга расположенных въездах на магистрали и съездах с них автомобилям при въездах и съездах приходится часто переезжать с одной полосы на другую. Для обеспечения этого, расстояние между автомобилями должно быть большим, нежели при движении без маневров, как это, например, происходит на междугородних хайвеях, где съездов сравнительно немного. Иначе говоря, маневрирование на полосах движения отвлекает водителя, в среднем увеличивая время на принятии им тех или иных решений (время задержки). Поэтому теоретически максимально возможная пропускная способность городских магистралей без светофоров, составляющая около 3000 автомобилей в час для одной полосы движения при скоростях от 30 до 100 км/час, снижается приблизительно до 2000 автомобилей в час для одной полосы. Тем не менее, эта величина пропускной способности существенно выше нынешней средней за сутки в городах пропускной способности магистралей при неконтролируемом въезде автомобилей на них. Но главное не это, а то, что в отсутствии заторов и пробок высокая скорость на магистралях позволяет автомобилям в десятки минут пересекать весь город. Именно для установления и сохранения режима скоростного безостановочного движения количество автомобилей на магистралях автоматически регулируется описанной выше методикой. В результате скорость транспортного потока при указанных колебаниях, например, от 50 км/час до 90 км/час не падает до низких значений и составляет в среднем около 70 км/час не только в часы пик, но и при аварийных случаях или ремонте на трассе. В последнем случае для объезда используются выделенные по краям магистралей буферные полосы.

12. Известно, что уже в течение более 10 лет борьбы с пробками в Москве и в большинстве других крупных городов безрезультатно потрачены астрономические суммы, поскольку заторы и пробки только растут вместе с ростом числа автомобилей. Тем не менее, эти бесполезные траты предполагается осуществлять и далее. Использование же усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering на магистралях без светофоров по сравнению со строительством или расширением дорог обойдется сравнительно недорого: для регулирования процесса въезда автомобилей на магистраль потребуются, как правило, уже установленные на въездах светофоры, радары, табло, контроллеры, программу которых следует только перенастроить. Но это только в том случае, если не требуется установка переездов через магистраль.

13. Только одно использование усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering на магистралях со светофорами увеличивает пропускную способность ныне действующих магистралей примерно в 1,5 раза, что по одному этому показателю эквивалентно соответствующему росту сети транспортных магистралей, а это – для крупных городов не один миллиард долларов. К этому можно добавить уменьшение потерь времени в пути, топлива, напрасно расходующегося в заторах, уменьшение поступающего в воздух выхлопного газа и т.д.

14. Если у городской администрации не имеется возможности перевести магистраль в бессветофорную (без регулируемых перекрестков), то можно применить другую методику организации безостановочного движения на магистралях со светофорами (см. в предыдущей главе), суть которой сводится к установлению на магистрали непрерывного движения автомобилей колоннами, в разрывы между которыми попадает промежуток времени, необходимый для проезда пересекающих магистраль автомобилей и для перехода пешеходов через перекресток. В этом случае, как и в первом, крайние правые полосы в каждую сторону движения по магистрали переводятся в буферные, то есть используются только для въезда на магистраль, съезда с нее, а также для объезда случившихся аварий или при ремонте. На каждом въезде (перекрестке) на магистраль устанавливаются светофоры, управляемые через контроллер пересчетными датчиками (в настоящее время эту функцию, как правило, выполняют видеокамеры) по программе, которая запрещает автомобилям въезд на магистраль до момента снижения числа автомобилей в колонне до установленного уровня, например, до уровня в 20% от максимально возможного числа автомобилей в колонне при средней скорости транспортного потока, например, 70 км/час. В результате, транспортный поток в виде отдельных автомобильных колонн на оставшихся полосах движения превращается в скоростной, непрерывный и с пропускной способностью для каждой полосы движения до 1500 автомобилей в час, несмотря на наличие на магистрали перекрестков. При этом, во избежание торможения потока, левый поворот на магистрали запрещается.

Поясним указанное. Предложенный способ регулирования автомобильного движения на магистрали состоит в том, что реализуется пересечение транспортным потоком перекрестка сходу колоннами с соответствующими разрывами между ними. Этим и обеспечивается максимальная пропускная способность для магистралей со светофорами. Для этого отсеканием на перекрестках формируют поток транспортных средств с разрывами, состоящий из колонн, которые сходу, друг за другом, соблюдая установленный интервал, определяемый временем запрещающего сигнала светофора, пересекают каждый перекресток на магистрали на разрешающий сигнал светофора. Въезжающие на магистраль по буферной полосе автомобили, присоединяются к ближайшей колонне после разгона по буферной полосе.

Обязательной мерой для безостановочного движения сформировавшихся колонн является своего рода «фазирование» потока транспортных средств, то есть решение задачи подвода головных автомобилей каждой отдельной колонны к перекрестку к моменту появления разрешающего сигнала светофора. Это обеспечивается путем информирования водителя автомобиля тем или иным способом о времени, остающемся до появления разрешающего сигнала светофора. Водители головных автомобилей и водители, следующие за первыми, видя время, остающееся до появления разрешающего сигнала, так или иначе манипулируют скоростью движения автомобиля и тем самым обеспечивают подход к перекрестку головных автомобилей колонны к моменту появления разрешающего сигнала светофора без значительных перепадов в скорости колонн.

Коррекцию скорости автомобилей на перегонах в зависимости от показаний информационных табло можно также производить автоматически путем считывания видеодатчиками в автомобиле информации с табло или светофора, ее обработки и передачи соответствующего сигнала на датчик-регулятор скорости, который производит необходимое изменение скорости автомобиля в соответствии с передаваемой информацией о времени до изменения знака светофора в рамках установленного интервала скоростей, видеодатчики также принимают информацию о наличии пешеходов на автомагистрали и учитывают расстояние безопасности до соседних автомобилей с передачей соответствующих команд на систему управления автомобилем (см., напр., патент РФ № 2317592).

При использовании средств «фазирования» транспортного потока все светофоры магистрали имеют одинаковый цикл работы, или одинаковую продолжительность разрешающего сигнала, что обеспечивает неизменное количество автомобилей в колонне и одинаковый проход колонны через все перекрестки, то есть при появлении запрещающего сигнала в колонне не будут скапливаться дополнительные автомобили. Кроме того, это обеспечит синхронизацию движения встречных потоков автомобилей на магистрали.

Длительность разрешающего сигнала соответствует скорости движения транспортного потока между перекрестками при преодолении средней протяженности перегона.

Светофоры соседних перекрестков магистрали работают в противофазе.

В процессе движения по магистрали часть автомобилей покидает магистраль, что уменьшает количество автомобилей в колонне. Поэтому для поддержания высокой эффективности использования магистрали и высокой эффективности использования транспортных средств необходимо регулировать количество автомобилей в колонне.

Для регулирования числа автомобилей в колонне можно использовать датчики подсчета автомобилей наиболее подходящего для конкретного случая типа, например, видеокамеры, применение которых позволяет не повреждать дорожное покрытие, и для использования которых уже разработано много сравнительно недорогих программ. Можно также использовать различные датчики движения, например, индукционные датчики и т.д. С их помощью, фиксируется число автомобилей, движущихся в колонне. Далее обработанная информация передается на управляющее устройство, которое дает команду на включение разрешающего сигнала въездного светофора с бокового направления только при уменьшении числа автомобилей в колонне на 20%, например, со 100 автомобилей до 80 и переключает сигнал въездного светофора на запрещающий, когда число автомобилей в колонне восстановится (до 100) за счет въехавших автомобилей. Совокупность этого оборудования составляет на каждом перекрестке своего рода автомат управления движением.

Практически, число автомобилей в колонне определяется параметрами магистрали и длительностью разрешающего сигнала светофора.

Следует отметить, что остановка тех или иных автомобилей не опасна, так как эти автомобили отсекаются от одной колонны и присоединяются к другой. А неодинаковая протяженность перегонов между перекрестками и возможная неодинаковость запрещающих движение сигналов компенсируются изменением скорости движения колонны между перекрестками.

Информировать водителей о времени переключения светофора можно различными способами. Например, перед появлением разрешающего сигнала включать желтый сигнал или большими цифрами на фоне красного сигнала сообщать об остающемся времени до появления разрешающего (зеленого) сигнала светофора. Также можно использовать табло большого размера.

Глава 5

Краткий анализ и сравнение решений, обеспечивающих безостановочное движения автомобилей на городских магистралях.

Все обозначенные выше способа установления безостановочного движения на магистралях, являются принципиально новым подходом к организации безостановочного движения по причине того, что все известные методы борьбы с пробками оказались неэффективными. И это неудивительно, так как еще несколько лет назад было доказано, что даже теоретически данная проблема не решаема.

Парадоксально, но чем больше строилось дорог, развязок, чем больше использовалось интеллектуальных систем и прочих автоматизированных систем, тем больше становились пробки. Наглядно это видно на примере Москвы, Нью-Йорка и других мегаполисов. Поэтому в ряде городов (Лондон, Стокгольм) были вынуждены ввести ограничения на проезд автомобилей.

Таким образом, можно сказать, что если магистрали Вашего города действительно перегружены, особенно в часы пик, то никакие меры по реконструкции и прочие традиционные способы решения транспортных проблем не смогут разгрузить магистрали.

Поэтому мы не теряем надежды, что наш основной принцип: отказаться от бесполезной борьбы с пробками в условиях перегрузки магистралей, а просто не допускать режимов, при которых они возникают, будет восприниматься более адекватно.

Иначе говоря, все традиционные организационные и технические меры, как показала практика по организации движения в крупных городах за границей, эффективны только до начала процесса перегрузки автомагистралей (имеются в виду магистрали без светофоров типа ТТК или МКАД в Москве), при котором возможности магистралей по поддержанию режима свободного потока (пропускная способность одной полосы движения составляет порядка 2000 автомобилей в час), исчерпываются. И это можно объяснить стремлением на магистрали такого числа автомобилей, которого они вместить не могут, что быстро ведет к уплотнению транспортного потока, снижению скорости движения до 10-15 км/час, а затем возникновению заторов, пробок, аварийных ситуаций. Поэтому мы предложили методику сохранения режима свободного потока на действующих магистралях без перекрестков, не допуская существенного уплотнения транспортных потоков, усовершенствовав американскую методику локального контролируемого въезда на магистраль ramp metering.