Материал: Проектирование и организация движения на изолированном регулируемом перекрестке

Как правило, регулирование должно быть двухфазным, в отдельных случаях - трехфазным. Циклы, состоящие из четырех или пяти фаз, можно принять лишь в исключительных случаях (обычно при трамвайном перекрестном движении) и только при наличии резерва пропускной способности пересекающихся магистралей.

С точки зрения безопасности движения, число фаз должно быть таким, чтобы не было ни одной конфликтной точки, вместе с тем увеличение числа фаз ведет к увеличению длительности цикла и, что особенно важно, его непроизводительных составляющих. В интересах высокой пропускной способности всегда надо стремиться к минимальному числу фаз регулирования, но на столько, на сколько это позволяют условия безопасности. Минимальное число фаз регулирования равно двум.

Для проведения расчетов принимаем для направлений 1, 4 - 5 полос, для направления 2 - 6 полос, для направления 3 - 4 полосы.

Рассмотрим двухфазный цикл регулирования (рис. 3)

Рисунок 3. Схема двухфазного регулирования

В целях сокращения задержек транспортных средств и пешеходов надо стремиться к уменьшению числа фаз в цикле регулирования. Введение третьей фазы (для пропуска левоповоротных потоков транспорта или специально для пешеходов) является необходимым только при выполнении хотя бы одного из двух условий /3/:

при интенсивности левоповоротного потока более 120 авт./ч;

правоповоротного транспортного потока более 120 авт./ч, и конфликтующего с ним пешеходного потока более 900 чел./ч;

левоповоротного и конфликтующего с ним правоповоротного транспортного потока более 400 авт./ч.

Следует добиваться сокращения числа полос на подходах за счет использования общих полос для транспортных средств, движущихся в разных направлениях, но пропускаемых в течение одной фазы. Однако для каждого направления, обслуживаемого в отдельной фазе, должна быть хотя бы одна полоса движения для ожидания в очереди.

Введение третьей фазы дает возможность для различных вариантов организации ДД (рис. 4)

Рисунок 4. Схема трехфазного регулирования с выделением правоповоротного потока

2.2 Расчёт режимов светофорной сигнализации по методике Вебстера

2.2.1 Определение потоков насыщения

Для расчета оптимальной длительности цикла и составляющих его тактов необходимо определить потоки насыщения и фазовые коэффициенты.

Поток насыщения - это пропускная способность проезжей части в данной фазе с учетом открытых для движения полос. В общем случае оценка потока насыщения производится по формуле

 (4)

где Р - пропускная способность полосы движения, ед./ч;

n - число полос, открытых для движения;

N₁ - интенсивность прямого направления, ед./ч;

N₂ - интенсивность левоповоротного потока, ед./ч;

Для право- и левоповоротных потоков, движущихся по специально выделенным полосам, поток насыщения определяется в зависимости от радиуса поворота R:

 (5)

где k - коэффициент, корректирующий поток насыщения в зависимости от количества полос движения (k=1 при n=1, k=0,85 при n=2, k=0,75 при n=3);- количество полос, выделенное для движения по расчетному направлению (принимаем 3 полосы для направлений 1, 2 и 3, 4 полосы для направления 4); дорожный движение светофорный сигнализация- пропускная способность полосы на расчетном подходе;- радиус движения потока.

Потоки насыщения определяются для всех выделенных проезжих частей во всех фазах. Результаты расчета представлены в таблице 2.

2.2.2 Определение фазовых коэффициентов

Фазовый коэффициент - доля загрузки проезжей части, выделенной для движения тех или иных потоков, или выделенных полос - определяется как

(6)

гдеN_i = N₁ + N₂ + N₃ - суммарная интенсивность движения на рассматриваемой проезжей части в направлениях, обслуживаемых этой фазой;

N₁ - интенсивность прямого направления, ед./ч;

N₂ - интенсивность левоповоротного потока, ед./ч;

N₃ - интенсивность правоповоротного потока, ед./ч.

Фазовые коэффициенты рассчитывают для всех выделенных проезжих частей во всех фазах. В каждой фазе выбирается проезжая часть с максимальным фазовым коэффициентом, то есть наиболее загруженная. Она и является лимитирующей. Фазовый коэффициент этой проезжей части принимается в качестве лимитирующего и определяет длительность фазы. Это значит, что все расчеты цикла, фаз, основных тактов производят по лимитирующим фазовым коэффициентам.

Так как в I, II и III - ей фазах прямолинейные и поворачивающие потоки пропускают одновременно и последние составляют более 10%, то потоки насыщения для данных фаз корректируют.

Рассчитанные значения приведены в табл.2

Таблица 2. Расчет фазовых коэффициентов

Если какой-либо транспортный поток пропускается в течение двух и более фаз, то для него отдельно рассчитывают фазовый коэффициент, который не принимают в качестве лимитирующего. Однако необходимо проверить, чтобы этот коэффициент не превышал суммы лимитирующих коэффициентов в соответствующих фазах.

В каждой фазе выбирается проезжая часть с максимальным фазовым коэффициентом, то есть наиболее загруженная. Она и является лимитирующей. В таблице 2 выделены лимитирующие фазовые коэффициенты для направлений. Фазовый коэффициент этой проезжей части принимается в качестве лимитирующего и определяет длительность фазы. Это значит, что все расчеты цикла, фаз, основных тактов производят по лимитирующим фазовым коэффициентам.

2.2.3 Расчет переходных тактов

Длительность переходного (вспомогательного) такта должна обеспечивать безопасное завершение фазы (снижение вероятности возникновения конфликтов). В этот период времени происходит передача права движения от одной выделенной группы транспортных потоков к другой. Транспортное средство, находящееся в момент выключения зеленого сигнала на расстоянии от стоп-линии, равном или меньшем, чем его остановочный путь (при рабочем замедлении), должно иметь возможность, двигаясь безостановочно со средней скоростью транспортного потока, миновать все возможные конфликтные точки. Это точки возможной встречи с транспортными средствами, начинающими движение по зеленому сигналу в следующей фазе.

Длительность переходного такта в секундах

 (7)

гдеt₁ - время проезда расстояния до стоп-линии, равного остановочному пути, без снижения скорости с момента выключения разрешающего сигнала светофора, с;

t₂ - время проезда расстояния от стоп-линии до самой критической конфликтной точки при выезде с перекрестка (с добавлением длины транспортного средства), с;

t₃ - время от момента включения зеленого сигнала в следующей фазе до момента прибытия к самой критической конфликтной точке транспортного средства, начинающего движение по этому сигналу, с.

Самой критической можно считать точку, в которой выполняется условие

Величины t₁, t₂, t₃ определяются по формулам:

 (8)

гдеt_δ - время подготовки тормозной системы: реакция водителя при смене сигнала светофора, срабатывание тормозного привода, нарастание эффективного замедления, с (можно принять t_δ =1,0 - 2,0);

V - скорость транспортного средства на подходе к перекрестку, км/ч (согласно задания);

j - рабочее замедление транспортного средства, максимально возможное с точки зрения комфортных условий замедления автомобиля, м/с² (принимается j = 2,5 - 3,0);

 (9)

гдеl_i - расстояние от стоп-линии до самой критической конфликтной точки. Определяется по схеме пересечения с учетом ширины и количества полос движения транспортных потоков, ширины пешеходных переходов, расстояний от пешеходного перехода до стоп-линии (около 1м) и до границ проезжей части перекрестка (около 5м). Можно исключить из рассмотрения правоповоротные потоки, м;

l_d - габаритная длина приведенной транспортной единицы, м (принимается l_d =6);

 (10)

где l_j - расстояние от стоп-линии до той же критической конфликтной точки при начале движения конфликтующего потока в следующей фазе, м;

w - ускорение транспортного средства при разгоне после трогания с места, м/с² (принимается w = 2).

Необходимо учитывать, что при расчете t₂ следует принимать скорость лево- и правоповоротных потоков 25 км/ч.

Для каждого подхода, обслуживаемого данной фазой, может быть получено несколько значений t' - по прямому и левоповоротному движению. Из совокупности значений по всем подходам выбирают для введения в цикл регулирования наибольшее значение.

Во время переходного такта заканчивают движение и пешеходы. За время этого такта пешеход должен или вернуться на тротуар, или завершить переход проезжей части, или дойти до разделителя встречных потоков. Минимальное время для этого

 (11)

где b_n - ширина проезжей части, пересекаемой пешеходами, м;

V_n - расчетная скорость движения пешеходов, м/с (задана в исходных данных).

Проведенные расчеты для двух и трехфазного регулирования приведены в табл. 3.

Таблица 3. Расчет переходных тактов

В качестве переходного такта принимают наибольшее значение.

Переходные интервалы не следует назначать длительностью менее 3 с. Если найденное значение t´ не превышает 4 с, то переходный интервал состоит из одного такта (желтый сигнал). При t´ = 5-8 с переходной интервал должен быть составлен из двух вспомогательных тактов ("желтый-красный" сигнал включается в момент выключения желтого). Допустимые значения длительности горения красного и желтого ("желтый-красный") - 2, 3 и 4 с.

Время перехода проезжей части пешеходами рассчитывается по минимальной заданной скорости:

Двухфазное регулирование

-    для 1 фазы:

t'_n = 17,5 / (4 · 1,2) = 3,65 ≈ 4 с.

-    для 2 фазы:

t'_n = 14 / (4 · 1) = 3,5≈ 4 с.

Трехфазное регулирование

для 1 фазы:

t'_n = 17,5 / (4 · 1,2) = 3,65 ≈ 4 с.

-    для 2 фазы:

t'_n = 21 / (4 · 1,4) = 3,75 ≈ 4 с.

-    для 3 фазы:

t'_n = 14 / (4 · 1) = 3,5 ≈ 4 с.

Поскольку время перехода проезжей части пешеходами в первой фазе двухфазного регулирования превышает расчетное значение времени переходного такта, принимаем для 1 фазы t' = 4 с.

Сумма всех переходных тактов определяется по максимальным значениям

Двухфазное регулирование

Т_п = 4 + 3 = 7 с

Трехфазное регулирование

Т_п = 5 + 4 + 4 = 13 с

2.2.4 Расчет оптимального цикла регулирования

Длительность цикла регулирования определяется по формуле Вебстера

(12)

где Т_п - потерянное время в цикле (сумма всех переходных тактов),c;

Y = Σy_i - сумма лимитирующих фазовых коэффициентов.

Тогда для двухфазного регулирования

Т = (1,5 · 7 + 5)/(1 - 0,566) = 15,5 / 0,434 = 35,71 ≈ 36 с.

Для трехфазного регулирования

Т = (1,5 · 13 + 5)/(1 - 0,865) = 24,5 / 0,135 = 181,48 ≈ 182 с.

2.2.5 Расчет основных тактов

После расчета длительности цикла определяется длительность основных тактов по схеме

 (13)

 (14)

где t_oi - длительность основных тактов фаз, с.

Если учесть, что сумма основных тактов - это эффективная часть цикла, а методика Вебстера предполагает, что длительность основных тактов должна быть пропорциональна лимитирующим фазовым коэффициентам, то расчет можно упростить, используя метод пропорций

 (15)

Тогда для двухфазного регулирования

t_o1 = (36 - 7) · 0,293 / 0,566 = 15,01 ≈ 15 с.

t_o2 = (36 - 7) · 0,273 / 0,566 = 13,98 ≈ 14 с.

Для трехфазного регулирования

t_o1 = (182 - 13) · 0,299 / 0,865 = 58,42 ≈ 59 с.

t_o2 = (182 - 13) · 0,293 / 0,865 = 57,24 ≈ 58 с.

t_o3 = (182 - 13) · 0,273 / 0,865 = 53,34 ≈ 54 с.

2.2.6 Проверка основных тактов на пропуск пешеходов

Затем длительность основных тактов проверяется на обеспечение пропуска в соответствующих направлениях пешеходов по формуле