Александров, Николай Николаевич. Влияние геометрических параметров двухполосных загородных дорог на аварийность

brief description

Александров, Николай Николаевич. Влияние геометрических параметров двухполосных загородных дорог на аварийность : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.11 / Александров Николай Николаевич; [Место защиты: Воронеж. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Владимир, 2013.- 177 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/1337

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ
определения вероятностей негативного влияния. . . .54
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 59
3.1 Исследование влияния на аварийность параметров плана
автомобильной дороги.. ...... .59
3.1.1. Влияние углов поворота горизонтальных кривых. . .59
3.1.2. Влияние радиусов горизонтальных кривых. . . .67
3.1.3. Влияние длин горизонтальных кривых. ... .74
3.1.4. Влияние прямых вставок. ..... .79
3.2 Исследование влияния на аварийность параметров продольного
профиля автомобильной дороги. ..... .84
з
3.2.1. Влияние продольных уклонов. .... .84
3.2.2. Влияние радиусов выпуклых вертикальных кривых. . .89
3.2.3. Влияние радиусов вогнутых вертикальных кривых. . .95
3.2.4. Влияние длин вертикальных выпуклых кривых. . .100
3.2.5. Влияние длин вертикальных вогнутых кривых.. . .105
3.3 Исследование влияния на аварийность параметров поперечного
профиля автомобильной дороги . . . . . .109
3.3.1. Влияние ширины полосы движения. . . . .109
3.3.2. Влияние ширины обочины . . . . . .115
3.3.3. Влияние поперечного уклона проезжей части. . . .120
4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ 125
4.1 Применение методики оценки влияния факторов геометрической
составляющей автомобильной дороги на аварийность. . .125
4.2 Рекомендации по проектированию геометрии автомобильных дорог общего доступа федерального, регионального, межмуниципального
и местного значения. . . . . . . . .134
4.3 Экономическая эффективность применения методики. . .136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения. . . . . . . .154
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Характеристика объемов исследования. . . . .155
ПРИЛОЖЕНИЕ В Дисперсионные картины взаимосвязи геометрических параметров дорог. . . . . . . . . .156
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Уравнения регрессии влияния параметров плана дороги на аварийность. . . . . . . . . . .165
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Уравнения регрессии влияния параметров продольного профиля дороги на аварийность. . . . . . . .166
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Уравнения регрессии влияния параметров поперечного профиля дороги на аварийность. . . . . . . ..167
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Таблицы исходных данных по автомобильной дороге Подъезд к г. Тюмень от автомобильной дороги М51 Байкал. . . .168
ПРИЛОЖЕНИЕ И Основные статистические показатели уравнений регрессии. . . . . . . . . . . ..171
ВВЕДЕНИЕ
В Российской Федерации, как стране со средним уровнем дохода, проблема дорожного травматизма стоит на 6 месте и составляет 3.1% от всего количества смертей, тогда как в странах с высоким уровнем дохода, таких как Германия, Испания, Норвегия и др. аварии на дорогах уносят только 1.5% жизней [45].
Наибольшее число погибших наблюдается на загородных участках автомобильных дорог [70]. При этом юноши составляют 75% от общего числа погибших в этом возрасте. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к 2020 году количество смертей на дорогах вырастет до 1.9 млн. человек в год, а дорожные аварии станут основной причиной преждевременной смертности детей старше 5 лет [97]. С 2010 по 2020 годы ВОЗ объявлена десятилетка по борьбе с дорожным травматизмом.
Общие экономические потери от автомобильных аварий составляют по данным ВОЗ 518 млрд. $. Экономические потери в Российской Федерации за последние 5 лет составили 5.5 триллиона рублей [96]. Ежегодный ущерб от ДТП составляет 2.5% от валового внутреннего продукта (ВВП) или около 26 млрд, долларов. В рамках таких экономических потерь предупреждение дорожно-транспортных происшествий - первоочередная задача государственного масштаба. Об этом свидетельствует «Федеральная целевая программа развития транспортной системы России (2010 - 2015 годы)» [67], одной из основных целей которой является повышение комплексной безопасности и устойчивости транспортной системы.
Большинство автомобильных дорог на территории Российской Федерации проектировались и строились в 70-х - 80-х гг. XX века и рассчитывались на транспортные потоки 60-70-х гг. По данным сайта государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД) [95] расчетный уровень автомобилизации в «советские времена» был принят на уровне 60 транспортных единиц на 1000 жителей населения страны. В настоящее время эта цифра уже превышена в 4 раза и отношение это продолжает расти [94]. В регионах, где высока плотность населения (Московская область, Ленинградская область, некоторые области Центрального Федерального округа, иные крупные населенные пункты Российской Федерации (РФ)) эта цифра уже превышает расчетный уровень автомобилизации в 7-8 раз.
Нормативы строительства автомобильных дорог, заложенные в СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги» [53], основывались на СНиП П-Д.5-72 «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» [54] и СН 449-72 «Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог», которые в свою очередь явились логическим развитием нормативных документов 50-х гг. При этом основные значения параметров элементов автомобильных дорог с течением времени остались практически неизменными. Даже если характер влияния некоторых параметров дорог на аварийность с течением времени не изменился (к примеру, геометрии и производных от нее показателей: видимости, среднего радиуса закругления и т.д.), попытки оценить их значимость предприняты не были либо предпринимались в свете тех же теорий 70-х гг. Также в последнее время в связи с серьезными изменениями в самом транспортном потоке по отношению к 60-70-м гг. прошлого столетия (первооснове для всех расчетов) необходимо скорректировать существующие нормы для всех параметров автомобильных дорог.
До середины прошлого столетия в дорожной науке в рамках вопроса влияния геометрических параметров на безопасность дорожного движения (БДД) придерживались механистической теории [13], в которой автомобиль рассматривался, как предмет, двигающийся по дороге и испытывающий на себе соответствующие возмущающие силы. При движении по кривой основной силой являлась центробежная сила и поперечное сцепление колеса с дорогой, при движении на подъем определяющей была сила тяги и т.д. Элементы, опасные с точки зрения механистической теории движения автомобиля и в настоящее время встречаются на автомобильных дорогах. Они практически не применяются для нового строительства, и, являясь местами концентрации ДТП, ликвидируются при капитальном ремонте или реконструкции в первую очередь. Однако остаются места с определенным набором геометрических параметров, по отдельности вписывающихся в механистическую теорию движения автомобиля по дороге, но вместе существенно влияющих на безопасность дорожного движения. Определенные при помощи моделей, построенных на подробных статистических данных по ДТП, они могут служить дополнением к уже принятым нормативным документам, а в сумме позволят оценить общий вклад геометрии в возникновение аварий на автомобильных дорогах страны. Стоит отметить в последнее время работу саратовской школы по применению теории риска в проектировании, строительстве и ремонте автомобильных дорог, возглавляемую д.т.н. Столяровым В. В. [14, 42, 60], а также углубленное исследование влияния факторов автомобильной дороги на аварийность, предпринятое Ивановым В. В. [70, 71, 72, 73].
Актуальность темы исследования. Транспорт играет центральную роль в процессе развития. Он обеспечивает передвижение товаров и услуг. Однако наряду с тем, что транспортные инвестиции способствуют экономическому развитию страны, они создают определенные угрозы и риски. В первую очередь это угроза потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП).
В 2009 году на автомобильных дорогах мира погибло 1,3 млн. чел и более 50 млн. получили ранения различной степени тяжести [74]. На территории Российской Федерации по данным Государственной инспекции безопасности дорожного движения за 2009 год произошло 203 603 ДТП, в результате которых погибло 26 084 человека и 257 034 получили травмы различной степени тяжести [95]. Из них, по данным того же источника, 18,72%дорожно- транспортных происшествий произошло по причине неудовлетворительного состояния дорог, к которому можно отнести и несоответствие существующих трасс требованиям нормативных документов.
Существующие методы оценки аварийности во многом морально устарели, поскольку разрабатывались в 70-80 е гг. XX века и ориентировались на транспортные потоки малых интенсивностей и скоростей движения. Многие из них имеют недостатки не только в качественном плане (точность прогнозов, возможность прогноза на разные периоды времени), но и в количественном плане (отсутствие учета важных параметров, элементов и ситуаций). Корректировка этих методов или разработка новых не проводится в настоящее время. Снижение точности прогноза количества ДТП при помощи таких методов, как метод «итоговых коэффициентов аварийности», свидетельствует также о возможной необходимости корректировки конкретных коэффициентов и введении новых.
Цель диссертационной работы - разработка метода оценки аварийности на загородных двухполосных автомобильных дорогах и рекомендаций по повышению безопасности движения на основании исследования влияния геометрических параметров дороги на вовлечение транспортного средства (т.с.) в дорожно-транспортное происшествие.
Основными задачами при достижении цели являлись:
- Определение взаимных зависимостей параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог;
- Разработка логико-вероятностной модели влияния геометрии автомобильной дороги на вовлечение транспортного средства в дорожно- транспортное происшествием
- Нахождение регрессионных уравнений вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие под влиянием параметров плана, продольного и поперечного профиля автомобильных дорог;
- Разработка рекомендаций по применению параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог при реконструкции и при новом строительстве, способствующих снижению количества вовлекаемых в дорожно-транспортное происшествие автомобилей.
Научная новизна работы:
- Определены взаимные сочетания параметров геометрии в рамках вопроса нахождения неизвестных величин по известным величинам;
- Применен математический аппарат логики вероятностей к оценке степени влияния геометрических параметров автомобильной дороги на аварийность;
- Разработана достоверная стохастическая модель возникновения дорожно- транспортного происшествия на основе статистических данных при использовании автоматизированного банка дорожных данных «Дорога» и результатов натурных наблюдений;
- Определены величины параметров плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог (угол поворота горизонтальной кривой, радиус горизонтальной кривой, длина горизонтальной кривой, длина прямолинейного участка, продольный уклон проезжей части, радиус вертикальной вогнутой кривой, радиус вертикальной выпуклой кривой, длина вертикальной вогнутой кривой, длина вертикальной выпуклой кривой, ширина полосы движения проезжей части, ширина обочины дороги, поперечный уклон проезжей части), негативно влияющих на безопасность;
- Предложена методика определения количества транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия на конкретных участках автомобильной дороги при конкретных сочетаниях геометрических параметров за прогнозируемый промежуток времени.
Объект исследования - дорожно-транспортное происшествие в рамках вопроса вовлечения в них транспортных средств под влиянием отдельных геометрических параметров автомобильных дорог, а также под воздействием геометрической составляющей.
Методы исследования. Для обработки исходных данных и данных натурных измерений использовались методы статистического анализа и логико-вероятностного моделирования, взятые из технической и научной литературы. В качестве основы научных исследований послужили труды советских и российских ученых в области обеспечения безопасности дорожного движения, таких как Бабков В.Ф., Чванов В. В., Столяров В. В., Живописцев И. Ф., Васильев А. П., Лобанов Е. М., Сильянов В. В. и др., а также исследования зарубежных ученых, таких как Вогт (Vogt А.),Икеда (Ikeda Т.),
Кирк (Kirk S.), Xayep (Hauer E.) и др. В литературно-патентном обзоре сравнивались нормативные документы на предмет несовершенства геометрических параметров, а также методы оценки аварийности, применяемые в настоящее время в нашей стране и за рубежом.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением научно обоснованных методов исследований, статической обработкой полученных данных, опытной проверкой результатов, а также согласованностью основных положений представленной работы с результатами исследований других авторов.
Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносится следующее:
- логико-вероятностная модель оценки степени совместного влияния геометрических параметров автомобильных дорог на аварийность;
- регрессионные модели влияния отдельных параметров плана, продольного и поперечного профилей на аварийность;
- дисперсионные картины совместного применения параметров плана, продольного и поперечного профилей;
- методика оценки уровня аварийности на автомобильных дорогах с применением логико-вероятностной модели совместного влияния геометрических параметров автомобильной дороги
- рекомендации по применению параметров плана, продольного профиля и поперечного профиля на основе законов распределения и дисперсионных картин.
Практическая ценность результатов. Данная научная работа развивает теорию влияния факторов на аварийность. Это позволит более точно прогнозировать количество автомобилей, вовлеченных в транспортные аварии, раненых и погибших в ДТП и материальный ущерб от аварийности на автомобильных дорогах.
Дан анализ применяемых геометрических параметров на автомобильных дорогах разных технических категорий на предмет соответствия существующим нормативным документам.
Применение разработанной методики дает возможность оценить один из основных абсолютных показателей аварийности на современных автомобильных дорогах - число автомобилей, вовлеченных в дорожно- транспортные происшествия, - и в первом приближении позволяет определить на прогнозируемый период экономические потери от аварийности, а также альтернативные экономические потери при снижении общего числа транспортных средств на величину вовлеченных в ДТП под влиянием геометрических параметров при использовании величин геометрических элементов согласно регламентированных значений по результатам исследования.
Область применения результатов - проектирование, реконструкция и капитальный ремонт автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения в рамках вопроса оценки аварийности. Корректировка нормативов плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог в дополнение к СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и ГОСТ Р 53299 - 2005 «Геометрические элементы автомобильных дорог».
Публикации. Основные результаты были опубликованы в 13 научных работах общим объемом 103 страницы. Три работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура», «Дороги и мосты».
В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] на примере углов поворота горизонтальных кривых была предложена схема определения вероятности вовлечения транспортного средства в дорожно-транспортное происшествие; в
работах [2, 3] была предложена методика определения количества вовлекаемых в ДТП транспортных средств на прогнозируемый период времени, а также предложены рекомендации по применению отдельных геометрических параметров автомобильных дорог.
Апробация и внедрение результатов. Некоторые положения
диссертационной работы были доложены на 68, 69 ежегодных научно- практических конференциях МАДИ в 2009, 2010 гг. а также были представлены на международной научно-технической конференции «Материалы,
оборудование и ресурсосберегающие технологии» в г. Могилев в 2011 (Беларусь). Основные результаты данной работы были вынесены на слушание и одобрены на международной технической конференции «Новые дороги России» в г. Пенза в 2011 г.
Результаты работы в рамках вопроса влияния углов поворота горизонтальных кривых на аварийность были внедрены в проектно-сметное бюро СДРСУ г. Владимира в виде рекомендаций к применению.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 99 наименования и приложений. Работа изложена на 141 страницах основного машинописного текста, содержит 31 рисунков и 51 таблиц.

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Впервые определены зависимости сочетаний параметров плана, продольного и поперечного профилей на основе дисперсионных картин, определяющие область вероятных значений неизвестных геометрических параметров по известным величинам. Это позволяет обнаружить интервал возможных значений отдельного геометрического параметра (или ряда геометрических параметров) при инструментальной оценке других параметров.
2. Разработана логико-вероятностная модель влияния геометрических параметров автомобильной дороги на аварийность, отличная от существующих моделей простотой расчета вследствие применения математического аппарата логики вероятностей. Модель позволяет определить долю вовлекаемых автомобилей по причине геометрии, что может использоваться в качестве критерия выбора первоочередных участков реконструкции. Разработанная модель проста в вычислениях и отличается высокой степенью достоверности.
3. Построены регрессионные модели риска вовлечения транспортного средства в ДТП для геометрических параметров автомобильных дорог, отличные от ранее описанных Бабковым В.Ф. и Ивановым В.В. тем, что позволяют оценить влияние не только исследованных ранее элементов, но и описывают влияние ряда ранее малоисследованных: углов поворота горизонтальных кривых, длин горизонтальных кривых, длин вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, а также поперечного уклона проезжей части. Регрессионные модели разделены в соответствии с техническими категориями, что упрощает и конкретизирует их применение при оценке аварийности.
Разработаны рекомендации по применению безопасных геометрических параметров автомобильной дороги: углов поворота горизонтальных кривых, радиусов горизонтальных кривых, длин горизонтальных кривых, длин прямолинейных участков, продольных уклонов проезжей части, радиусов вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, длин вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, ширин полос движения проезжей части, ширин обочин дороги и поперечных уклонов. Предложенные значения параметров геометрии позволяют снизить количество транспортных средств, вовлекаемых в дорожно-транспортные происшествия и, как следствие, экономические потери от аварий при реконструкции и новом проектировании автомобильных дорог.