Существует следующая классификация фаз движения транспортного потока (рис. 4.1):
1. Свободный поток. Пока дорога не загружена, водители придерживаются желаемой скорости, свободно переходя на соседние полосы. На этой стадии автомобили сопоставимы с потоком свободных частиц.
2. Синхронизированный поток. Когда дорога становится переполненной, водители теряют возможность свободно маневрировать и вынуждены согласовывать свою скорость со скоростью потока. Эта стадия подобна потоку воды.
3.
| Рис. 4.1. Фазовые состояния потока
на многорядных магистралях
|
Широкие перемещающиеся пробки. Здесь автомобили (группы автомобилей) подобны кусочкам льда, движущимся в потоке жидкости.
4. Старт-стоп движение. При большом скоплении автомобилей движение потока приобретает прерывистый характер. На этой стадии транспортный поток можно уподобить потоку замерзающей воды, автомобили становятся на какой-то промежуток времени как бы "приклеенным" к данной точке дороги.
| Рис. 4.2. Теоретические аппроксимации эмпирической фундаментальной диаграммы
|
Таким образом, при малых и очень высоких плотностях наблюдается корреляция между потоком и плотностью, а для промежуточных плотностей определенной ветви на фундаментальной диаграмме не существует из-за сильной зависимости от особенностей конкретной дорожной сети. Предпринималось множество попыток объяснить эти особенности. Теории об "обращении λ-формы фундаментальной диаграммы", "гистерезиса", "теории катастроф", "падения пропускной способности" и другие указывают на возможность существования суперкритических потоков (см. рис. 4.2). Другие теории объясняют такие измерения геометрическим строением дороги, например, наличием сужения.
Однако остается невыясненным, как могут возникать пробки, когдапоток, находящийся в свободном режиме, распадается и переходит в смешанный свободно-заторный поток (старт-стоп движение). С одной стороны, анализ показывает, что часто имеются внешние причины. С другой стороны, эксперименты с ездой по кругу показывают спонтанный распад потока. В этом эксперименте водителей просили ехать с максимальной скоростью. В таких искусственных условиях для распада потока требовалось около 10 минут!
Для синхронизированного режима движения не понятно, вызван ли сильный разброс данных наличием съездов-въездов, или он имеет статистическую природу, например, из-за взаимодействия разных типов автомобилей и разных манер вождения.
4.4. Причина затора – геометрические особенности дороги
Причина пробок кроется в "узких местах" – сужениях и расширениях дороги, как постоянных, так и временных. Они являются причиной образования, роста и распространения очередей на дорогах. Определяют несколько типов "узких мест":
Активные "узкие места";. Между двумя участками дороги имеется активное "узкое место", если восходящий транспортный поток перегружен (вызывает очереди), а нисходящий является свободным. Выявление активных "узких мест" на участках дороги эффективно для предотвращения транспортных происшествий.
Слияния. Теория для "сливающихся" узких мест утверждает, что максимально устойчивый поток, выходящий из слияния, существует только тогда, когда условия для нисходящего потока являются незагруженными. Это качество называется емкостью. Если сумма входящих потоков превышает вместимость слияния, выходящий поток заполняет емкость слияния полностью, а остальной поток формирует очередь. Очередь растет как по одному, так и по нескольким подъездам к слиянию. Эксперименты показывают, что на одних участках поток становится переполненным через 10 мин, а на других – не бывает переполненным.
Расширения. Разновидность нескольких активных "узких мест" на дороге. Если поток, пересекающий одну из ветвей расширения, превышает его пропускную способность в течение некоторого времени, то в общем подъезде к расширению может вырасти очередь. Если этот подъезд узкий, очередь должна рассасываться по дисциплине буфера – "первым вошел, первым вышел" – таким образом будут накапливаться и задерживаться транспортные средства, которые должны передвигаться по другой ветви расширения дороги. Подобная ситуация может иметь место и тогда, когда один из подъездов широкий.
Другие типы узких мест. Заторную активность можно обнаружить на вертикальных и горизонтальных искривлениях дороги ("горки" и прогибы), в тоннелях, на наклонных участках и других местах изменения характеристик и однороднородности дороги. Заторы вызываются также временными внешними причинами, такими, как дорожно-транспортными происшествиями, отвлекающая внимание водителя активность около дороги и даже информационные щиты.
