Измерение и расчет параметров
ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплине
«Теория и моделирование транспортных
потоков и систем»
Омск - 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
Кафедра организации и безопасности движения
ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине
«Теория и моделирование транспортных потоков и систем»
Составители: П.Н. Малюгин, Е.В. Парсаев
Омск
СибАДИ
2012
УДК 625.72
ББК 39.375
Рецензент канд. техн. наук, доц. А. Л. Иванов.
Работа одобрена научно-методическим советом специальности 190702 – Организация и безопасность движения в качестве методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория и моделирование транспортных потоков и систем».
Измерение параметров и расчет транспортных потоков: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория и моделирование транспортных потоков и систем»/ сост. П.Н. Малюгин., Е.В. Парсаев. – Омск: СибАДИ, 2012. – 25 с.
Изложена методика измерения распределения скоростей автомобилей, движущихся в транспортном потоке, и обработки результатов. Изложены методики измерения параметров потока и обработки результатов по законам распределения Пуассона и Пирсона. Рассмотрены основы практического применение распределений для решения задач организации движения. Описаны основы практического применения программы расчета параметров светофорного регулирования «АРМ ТЕХНОЛОГА».
Предназначены для бакалавров специальности «Организация и безопасность движения» 190702 дневной и заочной форм обучения.
Ил. 10. Табл. 6. Библиогр.: 2 назв.
© ГОУ СибАДИ, 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………….. 4
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
СКОРОСТЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ ….……………………….. 5
2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА ПО ЗАКОНУ ПУАССОНА .. 12
3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА ПО ЗАКОНУ ПИРСОНА ……………………….. 19
4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПРОГРАММНЫМ
ПАКЕТОМ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СВЕТОФОРНОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ «АРМ ТЕХНОЛОГА» ………………. 23
Библиографический список ………………………………………… 25
ВВЕДЕНИЕ
Движение транспортного потока характеризуется скоростью, плотностью и интенсивностью. При этом автомобили движутся в потоке с различными скоростями и временными и пространственными интервалами. Последние параметры являются случайными величинами, и их распределения описываются законами, рассматриваемыми в теории вероятностей.
Распределения являются основой для теоретического описания движения потока низкой плотности. Потоки низкой плотности образуются часто, для них применяются различные мероприятия по повышению безопасности и удобства движения.
Располагая фактическими параметрами распределений, решают следующие задачи:
–оценка эффективности планировочных решений и средств регулирования;
–оценка пропускной способности участков пересечения и слияния потоков;
–выбор оптимальных режимов управления с помощью светофоров;
–оценка аварийности движения и др.
На практике наибольшее применение получило распределение Пуассона. Однако область его применения существенно ограничена. Поэтому в данной работе также изучается распределение Пирсона III типа.
Для расчетов параметров распределений составителями разработаны программы normr.exe, obpua.exe и obpua.exe. Программы работают в режиме диалога с пользователем, исходные данные предварительно записываются в файлы или вводятся вручную.
Оформление графиков предполагается в программе Excel.
В методических указаниях также рассмотрено практическое применение результатов измерений и расчетов для решения некоторых задач организации движения.
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
СКОРОСТЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ
Цель работы: изучение методик измерения скоростей автомобилей, движущихся в транспортном потоке, обработки результатов и анализа безопасности движения по распределению скоростей.
Используемое оборудование: автомобиль-лаборатория, измеритель скорости (радар) – Барьер-2М.
Основные положения
В транспортном потоке автомобили движутся с разными скоростями. Скорость потока равна средней скорости Vср, км/ч, движущихся в нем автомобилей. Распределение числа автомобилей по скорости описывают нормальным законом.
Скорости автомобилей измеряют на полосах дороги. Измерения выполняют на участке или в сечении, используя метод стационарных наблюдений. При измерении скорости в сечении используют радары. Сечение представляет собой линию, проведенную в определенном месте перпендикулярно дороге.
На участке дороги замеряют скорости Vi, км/ч числа N автомобилей, i =1, 2, … N. Обычно принимают N = 100, что упрощает обработку результатов. Результаты измерений заносят в сводку наблюдений.
Выполняют предварительную обработку сводки наблюдений.
Находят фактический диапазон изменения скоростей, используя минимальное и максимальное значение Vi. Диапазон изменения скоростей Vi разбивают на интервалы VНj … VКj, где VНj и VКj – скорость в начале и конце интервала. Длину интервала DV j = VКj – VНj обычно принимают от 5 до 20 км/ч, и таким образом задают число n интервалов: n = 7 … 15, j =1, 2, … n. Вычисляют средние скорости на интервалах VСj = (VНj + VКj)/2.
Выполняют полную обработку сводки наблюдений.
Подсчитывают числа Aj автомобилей (частоты), скорости которых располагается в интервалах DV j.
Вычисляют частости: a j = Aj/N. Частость a j равна вероятности появления события: скорость движущегося в потоке автомобиля располагается в интервале DV j.
Вычисляют суммы s j частостей на предыдущих интервалах:
Сумму s j называют накопленной частостью, она равна сумме частостей на интервалах 1, 2, …, j. Накопленная частость отражает вероятности события: скорость автомобиля меньше или равна скорости VК j.
Вычисляют вероятности p j: p j = p(VСj) = a j/DV j. Значение p j равно вероятности события: скорость автомобиля находится в интервале 1 км/ч при средней скорости интервала VСj.
Результаты обработки заносят в таблицу и представляют в графическом виде.
Полученные экспериментальные данные аппроксимируют нормальным законом распределения:
где: p(V), 1/(км/ч) – функция вероятности от скорости; s, км/ч – среднее квадратичное отклонение скоростей автомобилей от значения Vср.
Неизвестные параметры Vср и s вычисляют по экспериментальным данным на компьютере, используя программу normr.exe. По программе параметры вычисляются методом покоординатного спуска. Целевой функцией является минимальное среднее квадратичное отклонение S значений p(VСj) от экспериментальных значений p j:
.
Если автомобили движутся в транспортном потоке без ограничений, то распределение скоростей описывается нормальным законом. При действии знаков ограничения скорости, наличии помех движению и др. фактическое распределение отличается от нормального распределения, описываемого функцией p(V).
Располагая распределением скоростей, можно оценить корректность выполнения водителями правил дорожного движения, эффективность действия дорожных знаков и работы службы ГИБДД.