Оптимизация транспортных потоков на участке дороги Московского шоссе (Санкт-Петербург): фазовые разъезды и кольцевая развязка в Anylogic
Автор: Чудаков А.В., Кленичев Р.Б.
Журнал: Технико-технологические проблемы сервиса @ttps
Рубрика: Организационно-экономические аспекты сервиса
Статья в выпуске: 4 (74), 2025 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена решению проблемы эксплуатационной нагрузки на Т-образный перекрёсток в зоне пересечения Ленсоветовской дороги и Московского шоссе (Санкт-Петербург). В работе предложена модификация пофазной схемы организации движения транспортных средств и внедрение кольцевой развязки с обособленным правоповоротным ответвлением, реализованные на базе программного продукта Anylogic.
Светофор, кольцевое движение, кольцевая развязка, модель, время проезда, фазы светофора, оптимизация, автомобиль, перекресток
Короткий адрес: https://sciup.org/148332553
IDR: 148332553 | УДК: 656.056.4; 656.051
Текст научной статьи Оптимизация транспортных потоков на участке дороги Московского шоссе (Санкт-Петербург): фазовые разъезды и кольцевая развязка в Anylogic
Т-образные перекрёстки, особенно в условиях интенсивного движения, представляют собой сложные узлы транспортной инфра- структуры, где пересечение разнонаправленных потоков создаёт конфликтные точки и увеличивает риск аварий [1-3]. В статье рассматривается проблема эксплуатационной нагрузки на перекрёсток в зоне пересечения Ленсоветовской дороги и Московского шоссе в Санкт-Петербурге. Цель исследования — оптимизация пропускной способности и минимизация задержек транспортных средств за счёт комплексного подхода.
В качестве ключевых методов предложены: модификация пофазного светофорного регулирования, адаптация длительности фаз к интенсивности движения, а также внедрение кольцевой развязки с обособленным правоповоротным ответвлением c предварительной реконфигурацией количества полос. Работа включает анализ эффективности различных схем органи- зации движения, оценку среднего времени проезда и сравнение результатов, что позволяет определить оптимальные стратегии для повышения безопасности и снижения заторов.
Реализация нового пофазного разъезда и внедрение кольцевого движения
Снижение эксплуатационной нагрузки на Т-образный перекрёсток, расположенный в зоне пересечения Ленсоветовской дороги и Московского шоссе, требует комплексного подхода, включающего анализ альтернативных ин-
EDN FOXTOW женерных решений и организационно-планировочных мероприятий, одним из таких мероприятий является модификация схемы пофазного светофорного регулирования. [4,20,24]
Предлагаемая трёхфазная модель организации движения направлена на оптимизацию пропускной способности и минимизацию конфликтных точек на Т-образном перекрёстке.
Первая фаза обеспечивает движение транспортных средств движущимся по направлению из г. Санкт-Петербурга в сторонyмикро-района “Славянка”. В течение данного временного интервала разрешены все основные маневры: прямолинейное движение, левый поворот на примыкающую дорогу и разворот. Отсутствие встречных и пересекающихся потоков на этом этапе позволяет минимизировать задержки для направления, а также исключить риски попутных и боковых столкновений.
Вторая фаза сохраняет возможность прямолинейного движения для потока Санкт-Петербург → “Славянка”, параллельно с этим происходит движение встречного направления (“Славянка” → г. Санкт-Петербург). Для встречного потока доступен исключительно правый поворот на примыкающую дорогу.
Третья фаза предназначена для обслуживания боковых маневров. В этот период активируются левые и правые повороты для транспортных средств, въезжающих на перекрёсток с примыкающей дороги (Ленсоветовская дорога). Синхронизация с предыдущими фазами гарантирует отсутствие конфликтов с остаточными потоками главного направления. Дополнительно предусмотрена кратковременная пауза между фазами для безопасного завершения ма-невров.[5-7]
Первая фаза
СПБ
Микрорайон “Славянка
Третья фаза
Рисунок 1 – Схема пофазного разъезда транспортных средств на перекрестке [составлено авторами]
Светофорные режимы проектируются и адаптируются с учётом текущей и прогнозируемой интенсивности движения, что обусловлено необходимостью балансировки пропускной способности и безопасности. При высокой нагрузке ключевым приоритетом становится минимизация задержек на критических направлениях. Для этого увеличивается длительность зелёной фазы для доминирующих потоков. В условиях низкой интенсивности акцент смещается на сокращение времени ожидания для второстепенных направлений, что достигается за счёт уменьшения длительности фаз. [8-10]
Для определения оптимальных временных параметров светофорных фаз (p1,p2,p3) при различных интенсивностях движения применяется алгоритм оптимизационного эксперимента. В рамках метода последовательно генерируются варианты распределения длительности зелёного сигнала, направленные на минимизацию целевой функции — среднего времени проезда транспортного средства через перекрёсток. На каждом шаге вычисления производится оценка функционала, после чего параметры, обеспечивающие наименьшее значение, сохраняются для последующей итерации. Процесс продолжается до достижения устойчивого решения, при котором дальнейшая корректировка фаз не приводит к значимому снижению целевого показателя. Данный подход позволяет адаптировать режим работы светофоров к динамике транспортных потоков, обеспечивая минимальные за-держки.[11,12]
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 125 ед./ч Текущее Лучшее Итерация; 60 | 35 Ф|жииоиал; 112.698 61.862 Пере метры Сору best р1 35 35 р2 10 20 рЗ 35 35 |
с 253 200 .....L
• 153 t
so с 5 10 20 30 40 SO К ®Токутцйо вПучиюо допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 250 ед./ч Текущее Лучшее Итерация 62 45 Функционал; 139.195 129,05 Параметры ^Wмй р1 55 55 р2 30 25 рЗ 15 10 |
с 210 200 е 190 • ж ^ • ее 170 • 150 ч~vJ •••••. • . -• •• 140 4----“--^—\аа • * M.V 130 \—____________ 120 ----------------------------------------------------,---------------------------------------с 0 10 20 30 Л0 50 60 70 ф Текущее • Лучшее допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 375 ед./ч Текущее Лучшее Итерация: 65 52 Функционал 167 333 157.092 Параметры Copy bcsi р1 30 30 р2 25 45 рЗ 10 10 |
с
. . -v^-v^- ..^..
ио г»/» 150 с 0 10 20 30 40 60 00 W ^ Текущее
|
|
Текущее |
Лучшее |
|
|
Итерации: |
66 |
57 |
|
Функционал: |
165.172 |
159.852 |
|
Параметры |
Copy best |
|
|
и |
30 |
35 |
|
р2 |
60 |
60 |
|
рз |
15 |
10 |
|
Текущее |
Лучшее |
|
|
Итерация: |
57 |
38 |
|
Функционал: |
169.106 |
165.394 |
|
Параметры |
сору мы |
|
|
И |
25 |
35 |
|
Р2 |
55 |
55 |
|
рэ |
10 |
10 |
|
Текущее |
Лучшее |
|
|
Итерация: |
64 |
50 |
|
Функционал: |
170.867 |
166,846 |
|
Параметры |
Copy oest |
|
|
Pl |
25 |
25 |
|
Р2 |
65 |
60 |
|
рз |
15 |
10 |
|
Определение фаз светофора |
при интенсив- |
|
|
ности движения ТС |
– 875 ед./ч |
|
|
Текущее |
Лучшее |
|
|
Итерация: |
56 |
48 |
|
Функционал |
177.392 |
168.618 |
|
Параметры |
Copy best |
|
|
и |
30 |
30 |
|
Р2 |
60 |
60 |
|
рз |
20 |
10 |
Рисунок 2 – Схема существующего пофазного разъезда транспортных средств на перекрестке [составлено авторами]
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 125 ед./ч Текущее Лучшее Итерация: 41 2 Функционал: 80.411 48.442 Параметры Сфу best р1 55 50 р2 20 30 |
с 26D • ™-------|_l^^—L^-_.^^_U^ ISO • • • 100 • а * * * . * «о __________ ±1_______ ewe •— ♦ * —• 0 I——————————————————— с 0 5 10 15 20 25 30 35 40 • Текущее 9 Лучшее допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 250 ед./ч Текущее Лучшее Итерация: 54 48 Функционал: 114.025 110.951 Параметры Copy best р1 70 60 р2 15 15 |
с 240 220 233 180 # * 180 а 4 • 1« •--^_^« »н • • • 120 о * * 100 -------------------------- с 0 10 20 30 40 60 80 • Текущее 9 Пучш&е допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 375 ед./ч Текущее Лучшее Итерация: 51 48 Функционал. 138.605 136.137 Параметры Copy best pl 65 65 р2 15 10 |
с 220 210
180 170 • •
ДО • • ISO • •• • • • 140 ^- х.»» ••^ _:,t до с 0 tO 20 30 40 50 ^Текущее •Лучшее допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 500 ед./ч Текущее Лучшее Итерация 44 37 Функционал: 147.675 147.03 Параметры СОРУ без! р1 50 40 р2 10 10 |
с 220 # 210 * 2W • • iso Л • • h •• • • 170 1 1 • * >« Vs-AL^j/, но 0 10 20 М 40 50 • Текущее • Лунное допустимое |
|
Определение фаз светофора при интенсивности движения ТС – 625 ед./ч Текущее Лучшее Итерация: 43 31 Функционал: 154.695 153.968 Параметры Серу best р1 45 40 р2 15 15 |
с 210 * ■ ’ Н? • vi ‘ 150 \ * • и 170 -1--! *• % •• 1S0 ’ \ •• \__ ••••• МО 150 с 0 10 20 ЭО 40 50 • Текущее • Лучшее допустимее |
Также для повышения и оптимизации пропускной способности транспортной сети предлагается рассмотреть возможность применения кольцевого разъезда на данном перекрестке с предварительной реконфигурацией количества полос движения[13-15]:
-
1. На Ленсоветовской дороге количество полос увеличивается до 4 (по 2 в каждом направлении)
-
2. На Московском шоссе (участок в направлении Санкт-Петербург)выполняется сокращение с 5 до 4 полос
В рассматриваемой схеме кольцевого движения (рис.3) предусмотрена возможность выполнения правого поворота без въезда на кольцевую проезжую часть. Для этого выделено обособленное ответвление, позволяющее водителям, движущимся в соответствующем направлении, совершить манёвр, минуя приоритетные конфликтные точки на основном кольце.[16-18]
В случае, если водитель не воспользовался указанной возможностью и начал движение по кольцу, он сохраняет право на выполнение правого поворота на том же съезде, но с соблюдением приоритета участников движения, установленного для данной кольцевой развязки. [19,22,25]
Кроме того, в отличие от ранее рассмотренных схем организации движения (T-образный перекрёсток и T-образный перекрёсток с развязкой), представленная кольцевая развязка допускает выполнение разворота для движения в обратном направлении. Данный манёвр обеспечивается за счёт замкнутой конфигурации кольца и отсутствия ограничивающих факторов, характерных для альтернативных типов пересечений.
Для расчёта среднего времени проезда транспортных средств через кольцевое пересечение используем модель, аналогичную применяемой в предыдущих исследованиях. В модели блок "CarCourse", отвечающий за генерацию транспортных средств, настроен на интенсивность прибытия 1000 единиц в час, что соответствует параметрам более ранних работ. Такая интенсивность позволяет сохранить сопоставимость результатов при анализе транспортных потоков. Результаты отобразим в виде таблицы 1 и гистограммы среднего времени проезда (Рис.4) [11].
Рисунок 3 – Кольцевой разъезд [составлено авторами]
Таблица 1 – Результаты опыта [составлено авторами]
|
Общее кол-во проехавших машин |
Среднее время проезда, с |
Минимальное время проезда, с |
Максимальное время проезда, сек |
Среднеквадратическое отклонение |
Доверительный интервал для среднего |
|
8388 |
128,0 |
25,0 |
375,0 |
65,4 |
1,4 |
• Title 12B.05
Рисунок 4 – Гистограмма среднего времени проезда для кольцевого движения [составлено авторами]
Для визуализации эффективности различных схем организации движения построены графики зависимости среднего времени проезда от интенсивности транспортного потока (Рис. 5 – 10)
125 250 375 500 625 750 875 1000
Интенсивность движения, авт./ч
Рисунок 5 – График зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для существующего перекреста без оптимизации светофорных фаз [составлено авторами]
га 140 ci м ф О
Е 120
125 250 375 500 625 750 875 1000
Интенсивность движения, авт./ч
125 250 375 500 625 750 875 1000
Интенсивность движения, авт./ч
Рисунок 6 – График зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для существующего перекреста с оптимизацией светофорных фаз [составлено авторами]
Рисунок 8 – График зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для развязки [составлено авторами]
га m 140
ф о Q.
S 120
ф со ф ф
5 100
ф Q.
U
125 250 375 500 625 750 875 1000
га 110
С м
Ф
Q. 100
ф 80
X
С
Q. 70 и
125 250 375 500 625 750 875 1000
Интенсивность движения, авт./ч
Интенсивность движения, авт./ч
Рисунок 7 – График зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для существующего перекреста с измененными фазовыми разъездами и с оптимизацией светофорных фаз [составлено авторами]
Рисунок 9 – График зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для кольцевого разъезда [составлено авторами]
Общий график представлен на рисунке 10.
180 3 160 СП
О 140 с" 120 в 100 S’ 80 ф 60 ф 40 S’ 20
• • ^ • • Сyществyющее оптимизированное
—•— Кольцевое движение
—•• • Развязка
— •• — Сyществyющее неоптимизированное
** ф^* Измененный фазовый разъезд
Рисунок 10 – Общий график зависимости среднего времени проезда ТС от их интенсивности движения для различных схем организации движения [составлено авторами]
Исследование временных характеристик пересечений выявило закономерность: транспортные развязки демонстрируют минимальное среднее время проезда транспортных средств при различных интенсивностях движения, превосходя по данному параметру кольцевые схемы. Однако кольцевая организация движения сохраняет преимущество в универсальности маневрирования, позволяя выполнять развороты и повороты во всех направлениях без дополнительных перестроений. Для транспортных средств, следующих по Ленсоветовской дороге в направлении микрорайона “Славянка” при развязочной схеме, траектория движения включает обязательный правый поворот (направление Санкт-Петербург) с последующим разворотом на ближайшем оборудованном участке.
В свою очередь экспериментальные данные по Т-образным перекрёсткам (с оптимиза-цией/ее отсутствием, с разными фазовыми разъездами) характеризуются наибольшим средним временем проезда транспортных средств, уступая по эффективности как кольцевым схемам, так и многоуровневым развязкам.
Вывод
Проведённое исследование продемонстрировало эффективность внедрения кольцевой развязки с обособленным правоповоротным ответвлением. Несмотря на то, что по показателю среднего времени проезда данная схема уступает многоуровневой развязке, реализованной в предыдущих исследованиях, её ключевым преимуществом является возможность выпол- нения разворотов во всех направлениях. Эта характеристика остаётся недостижимой как для Т-образных перекрёстков, так и для ранее спроектированной многоуровневойразвязки, что делает кольцевую организацию движения универсальным решением для обеспечения гибкости маневрирования.
