Повышение безопасности движения при эксплуатации автомобильных дорог с позиции теории риска

Актуальность работы. В—связи с подготовкой* страны к вступлению во Всемирную Торговую Организацию (ВТО) и утверждением Федерального закона № 184 «О техническом регулировании» в, дорожной-отрасли'Российской Федерации, как. и* в других отраслях экономики, ведутся сейчас работы, по созданию трёхуровневой системы технического регулирования. В основе разрабатываемых документов^ в области, дорожной деятельности должно находиться понятие о допустимом риске* причинения вреда, пользователям* автомобильных дорог (водителям, пассажирам, пешеходам, перевозчикам) при возникновении дорожно-транспортных происшествий по причине несовершенства геометрических параметров и транспортно-эксплуатационных показателей существующих дорог. Необходимо на основе технико-экономических расчетов определить и обосновать величины допустимого риска возникновения ДТП на существующих двухи многополосных дорогах.

Существующие дороги несут разный уровень опасности (риска), что можно устранить только разработкой и применением на существующих дорогах специальных мер по снижению риска возникновения ДТП до допустимого значения. Оценка величины допустимого риска возникновения ДТП на существующих дорогах является одной из актуальных задач в формировании трёхуровневой системы технического регулирования. •.

Существующие автомобильные дороги строились в зависимости от периода эксплуатации по разным нормативам: техническим условиям Гушосдора (1939 — 1954 гг) — НиТУ 128−55 (1955 — 62) — СНиП П-Д. 5−62 (1963 — 73) — СНиП П-Д. 5−72 (1974 — 86) — СНиП 2.05.02−85 (1987 — 2000) и по действующим сейчас ГОСТам [26]. Неблагоприятные дорожные условия на существующих дорогах вызваны как разными требованиями (в перечисленных нормативных документах) к геометрическим параметрам дорог, так и низким качеством их строительства. Последняя причина связана с отсутствием в дорожных нормативных документах требований к допускам на среднеквадратические отклонения ряда геометрических параметров автомобильных дорог, что снимает со строителей ответственность при некачественном исполнении? геометрических, элементов. Так, никогда? не существовало допусков на среднеквадратические отклонения радиусов выпуклых и вогнутых вертикальных кривых продольного профиля и радиусов криволинейных участков автомобильных дорог в плане. Обоснование этих и других допусков на среднеквадратические отклонения геометрических параметровдорог является важной задачейтак как безопасность движения транспортных средств зависит как от величины геометрического параметратак и от разброса этого параметра в пределах геометрического элемента.

Стремительный рост уровня автомобилизации и существенное изменение состава транспортного потока требуют увеличения* числа полос движения на автомагистраляхНа подходах, к мегаполисам т крупным городамстроятся и уже эксплуатируются десятии двенадцатиполосные автомагистралиРазработанные в настоящее время теоретико-вероятностные модели по оценке риска движения транспортных средств по многополосным дорогам ограничены восьмиполосными автомагистралями. Разработка математических моделей по оценке риска движения, транспортных потоковучитывающих реальное увеличение числа полос на. подходах к крупным городам и на кольцевых автомобильных дорогах мегаполисов, являетсяшктуальной задачей данной темы исследования.

В связи со сказанным актуальной является разработка новых методов оценки качества существующих автомобильных дорог по условию обеспечения движения автомобилей с допустимым риском возникновения ДТП на сложных участках существующих дорог.

Целью работы является повышение безопасности движения при эксплуатации автомобильных дорог путём разработки, совершенствования и практического применения методов оценки и уменьшения риска возникновения дорожно-транспортных происшествий как риска причиненияшреда пользователям дорог (водителям, пассажирам, пешеходам и перевозчикам) на основе требований Федерального Закона «О техническом регулировании» и ГОСТ Р 51 8 982 002 [25].

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы" статистического и системного анализов, планирование эксперимента, математическое моделирование и программирование.

Научная новизна работы заключается в следующем:.

— разработаны математические модели определению допусков на среднеквадратические отклонения основных геометрических параметров. автомобильных дорог: радиусов выпуклых и вогнутых кривых продольного профилярадиусов кривыхвпланеширины покрытия двухполосных и многополосных дорог;

— разработаны теоретико-вероятностные модели по проектированию и оценке ширины, покрытия на десятии двенадцатиполосных автомагистралях с учётом вероятностной сущности качества строительстваг дорожного покрытия и манёвров перестроения. транспортных средств на многополосной проезжей части;

— на основе технико-экономического обоснования впервые определены уровни допустимого риска на существующих двухполосных и многополосных автомобильных дорогах.

Отличия’от результатов, полученных другими авторамисостоят в том, что безопасность существующих десятии двенадцатиполосных автомагистралей рекомендовано определять, по теоретико-вероятностным моделям и устанавливать ширину требуемого покрытия по величине допустимого (приемлемого) риска столкновения автомобилей при опережении со сменой полос движения. При этом учитывается качество строительства автомагистрали и допуск на среднеквадратическое отклонение ширины покрытия. Существующие методы оценки безопасности движения на автомагистралях являются детерминированными и не учитывают вероятностную сущность входных параметров.

Практическая ценность работы заключается в разработке новых критериев оценки качества существующих дорог, основанных на анализе и практических рекомендациях снижения риска возникновения ДТП на существующих дорогах до допустимого значения. Снижение риска возникновения ДТП рекомендовано выполнять в соответствии с предложенными в работе методиками совершенствования! качества при капитальномремонте и (или) • частичной реконструкции участков существующих дорог, с учётом обоснованного ограничения скорости движения автомобилей на сложных участках дорог. На десяти-и двенадцатиполосных дорогах методика анализа, оценки и уменьшения риска до допустимого значения выполняется по созданным в работе теоретиковероятностным моделям.

Объектом исследованияявляются геометрические элементы И' параметры существующих двухи многополосных автомобильных дорог, рассматриваемые с позиции качества их исполнения и влияния на безопасность дорожного движения;

Предметом исследования являются методы анализа, оценки и уменьшения риска возникновения ДТП на существующих дорогах до допустимого’значения риска, установленного технико-экономическими расчётами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной* работы по мере их разработки докладывались и обсуждались: на ежегодных научноисследовательских конференциях СГТУ «Декада науки» (2010 — 2011 г. г.) — на научно-методических семинарах кафедры «Строительство дорог и организация дорожного движения» СГТУ (2009 — 2011 г. г.) — на заседании кафедры «Автомобильные дороги» ПГУАС (2011 г.) — на девятой Международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт-Петербург: 2010) — на Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых учёных с международным участием «Применение современных технологий в дорожном и строительном производстве» (Пермь: 2011).

Достоверность результатов проведенных исследований, выводов и рекомендаций определяется: математической строгостью и обоснованностью применения теории риска, использованием методов математической статистики при обосновании средних значений и среднеквадратических отклонений изу ¦ 8. ' ' чаемых параметров, сопоставлением теоретических законов? распределения случайных величин с гистограммамиэкспериментально установленных параметров > изучаемых геометрических элементовавтомобильных дорог, сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными непосредственно на автомобильных дорогах.' На защиту выносятся:

— результаты, теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с целью установления законов распределения' ширины* покрытия, радиусов кривых в плане и продольном профиле существующих дорог;

— разработанные теоретико-вероятностные модели, по оценке: риска возникновения ДТП: в зависимости от параметров покрытия десятии двенадцатиполосных автомагистралей;

— обоснованные технико-экономическими расчётами уровни допустимого риска на существующих двухполосных и многополосных дорогах-:

— математические модели для# определения: допусков, на среднеквадратические отклонения основных геометрических параметров автомобильных дорог-:

— практические рекомендации по обеспечению уровня допустимого риска на существующих дорогах, включая автомагистрали с десятии двенадцатиполосной проезжей частью.

Личный вклад автора. Формулировка задач, — постановка и проведение экспериментальных и теоретических: исследований' полученные результаты, их анализ и выводы выполнены лично автором диссертации.

Публикации. — По результатам исследований опубликовано восемь печатных работ, включая две публикации в издательствах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка использованной литературы. Содержит 162 страницы текста, 17 рисунков, 20 таблиц. Список использованной литературы включает 109 наименований. .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Анализ экспериментальных исследований показал, что проблема аварийности на дорогах наряду с плохой дисциплиной участников дорожного движения связана с низким качеством строительства основных геометрических элементов находящихся в эксплуатации автомобильных дорог и с недопустимым разбросом их параметров: ширины покрытия, радиусов кривых в плане и продольном профиле. Значительные отклонения названных параметров от проектных и (или) средних значений приводят к появлению недопустимых рисков возникновения ДТП. А кривые распределения и гистограммы названных геометрических параметров и их отклонений в пределах основных геометрических элементов автомобильных дорог хорошо согласуются с нормальным законом распределения. Следовательно, при обработке статистических данных, а также для вывода основных формул, оценивающих качество строительства геометрических элементов автомобильных дорог, можно использовать нормальный закон распределения.

2. На основе экспериментальных данных и выполненных теоретических исследований установлено и рекомендовано к применению основанное на расчетной скорости движения универсальное математическое выражение для оценки допусков на отклонение основных геометрических параметров автомобильных дорог всех категорий. Применение этого уравнения позволяет устанавливать и контролировать допуски на среднеквадратические отклонения таких непрерывных переменных как: ширина покрытия дорожного полотна, радиусы кривых в плане и продольном профиле. Именно недопустимый разброс этих параметров приводит к появлению локально зауженных участков покрытий на автомобильных дорогах, неожиданному возникновению и росту центробежных сил и потере видимости поверхности дороги и встречного автомобиля на кривых в плане и продольном профиле. Существующие методы приёмки дорог в эксплуатацию не позволяют оценить влияние степени отклонения названных параметров от проектных величин на риск причинения вреда: пользоватеми на теории риска, которые учитывают фактические законы, распределения томагистралей, которая позволяет устанавливать требуемую ширину покрытия, рестроения (опережения со сменой полосы, движения): Разработка этих математических моделей вызвана тем, что в настоящее время на подходах к мегаполисам и крупным городам всё чаще прибегают к строительству автомагистралей с десятью и двенадцатью полосами движения.

4. Анализ полученных математических моделей: показал, что десятипло-ные автомагистрали? целесообразно* проектировать (строить) с применением расчётной скорости5100 км/ч и шириной полосы движения 3,5 м. При этом риск возникновения ДТП, вызванный опережением быстроходными автомобилями тихоходных транспортных средств^ остаётся допустимым! и равным 1 • 10‘4. Очевидно, что строительство таких дорог даст существенную экономию капиталовложений.

5. На основе применения к существующим автомобильным дорогам математических моделей теории риска и технико-экономического обоснования с использованием чистой приведённой ценности проекта (ЫРУ) был установлен допустимый (оптимальный) риск причинения вреда участникам движения (водителям, пассажирам, пешеходам и перевозчикам) на существующих двухи многополосных дорогах. Как показали результаты исследования на автомагистралях, находящихся в эксплуатации, представляется возможным использовать в качестве допустимого частного риска значение 1 • 10−4, а в качестве допустимого суммарного риска значение 8 • Ю" 4, которые рекомендуется использовать и для вновь проектируемых дорог. Этот результат связан с наличием на автомалям дорог. Наилучшим образом эта оценка выполняется. методами, основанныгеометрических параметров дорог, построенных в разные десятилетия и по различным нормативным тре1.

3- На: основе теории риска разработана теоретико-вероятностная*- модель определения требуемой ширины покрытия десятии двенадцатиполосных авсоответствующую допустимому риску столкновения автомобилей в режиме пегистралях многополосной проезжей части, на которой у водителей имеется возможность маневрировать в случае возникновения опасности на пути движения (в отличие* от двухполосных дорог, на которых объезд препятствия и совершение обгонов* осуществляется/с выездом на встречную полосу дороги).

Как показало технико-экономическое обоснование по чистой* приведённой* ценности проектови сумме приведённых затрат все существующие двухполосные автомобильные дороги должны эксплуатироваться при суммарном риске, не превышающем значения Г • 10″ 3, а частные значения* риска не должны превышать значения 5 • 10‘4. В настоящее время качественное состояние двухполосных автомобильных дорог России не позволяет, как с технической, так и экономической точки зрения принимать в качестве допустимых меньшие значения риска. Снижение суммарного риска до значения 1 • 10'4 приведёт к установке на двухполосных дорогах запрещающих знаков 3.24 со скоростями, не обеспечивающими эффективную работу автомобильного транспорта, или к такому объёму работ по частичной реконструкции дорог, при котором чистая приведённая ценность становится менее эффективной, чем при рисках от 5 -10'4 до 1 • 10'3.

6.* Разработаны практические рекомендации оценки качества поперечного профиля существующих десятии двенадцатиполосных автомагистралей, по риску столкновения при опережении со сменой полосы движения быстроходными автомобилями тихоходных транспортных средств. Эти рекомендации основываются на проведении ремонтных работ с частичной реконструкцией находящихся в эксплуатации дорог и с обоснованием ограничения допустимой скорости движения* на знаках 3.24, при которых частные и суммарный риски возникновения ДТП по причине несовершенства автомобильной дороги не превысят допустимые значения.