Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №92 (апрель) 2021
Разделы: Техника, Управление и организация
Размещена 26.04.2021. Последняя правка: 01.05.2021.
Просмотров - 216

Разработка математической модели скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок

Ни Екатерина Сергеевна

магистр

СПГУ

студент

Менухова Татьяна Анатольевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра транспортно-технологических процессов и машин, Санкт-Петербургский горный университет


Аннотация:
В статье определяются факторы, влияющие на скорость автомобилей при выполнении междугородных перевозок, и на их основе разрабатывается формула для определения скорости сообщения автомобилей при междугородних автомобильных грузоперевозках. В результате представлена модель определения скорости сообщения рассматриваемых перевозок и введены понятия коэффициентов, учитывающих влияние конкретных факторов (светофоры, населенные пункты, нерегулируемые пешеходные переходы).


Abstract:
The article defines the factors that affect the speed of cars when performing intercity transportation, and based on them, a formula is developed for determining the speed of cars in intercity road cargo transportation. As a result, a model for determining the speed of the considered traffic is presented and the concepts of coefficients that take into account the influence of specific factors (traffic lights, localities, unregulated pedestrian crossings) are introduced.


Ключевые слова:
грузовые перевозки; скорость; междугородные перевозки

Keywords:
cargo transportation; speed; intercity transportation


УДК 656.1

Введение. Транспортные перевозки являются одной из важнейших составляющих сферы услуг. Одним из главных процессов, без которого невозможно обойтись при  организации автомобильных перевозок, является планирование. Планирование автомобильных перевозок позволяет обеспечить эффективность коммерческих операций, уменьшить время их выполнения, своевременно отреагировать на  уменьшение или увеличение потребительского спроса на услуги грузоперевозок.

Важным показателем эффективности планирования в автомобильных перевозках выступает непрерывность грузоперевозок (передвижения автомобилей, перевозящих груз), которая обеспечивается выходом в рейс автомобилей согласно графику отправки, без задержек, и своевременное их прибытие в пункт назначения.

Предполагается, что разработанная модель определения скорости междугородного грузового сообщения автомобильным транспортом позволит точнее планировать маршруты доставки грузов.

Актуальность исследования заключается в том, что существующий подход к вопросу нормирования времени рейса на маршруте не учитывает современную организацию перевозочного процесса, при которой транспортное средство при выполнении перевозки следует по дорогам различных категорий с разными скоростными режимами, особенно при выполнении междугородных и международных перевозок.

Цель исследования - разработка математической модели определения скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок.

 Задачи:

1. Выявить факторы, влияющие на скорость сообщения автомобилей при движении по междугородным маршрутам при совершении грузоперевозок.
2. Разработать математическую модель определения скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок.

Научная новизна статьи заключается в разработке математической модели скорости сообщения грузовых автомобилей при выполнении междугородных перевозок, учитывающей влияние различных факторов, к которым можно отнести характеристику улично-дорожной сети (наличие светофорного регулирования, нерегулируемых пешеходных переходов, населенных пунктов на маршруте) и скоростные ограничения по маршруту следования транспортного средства.

Основная часть. Существующие на сегодняшний день методики определения технико-эксплуатационных показателей работы автотранспорта, в основном, предусмотрены для городских маршрутов, в то время как междугородные перевозки имеют свои особенности, которые не учитываются при расчетах.

Вопросы изучения планирования грузовых перевозок и расчета скорости движения грузовых автомобилей рассматривались в трудах Д.П. Великанова (проблемы эффективного использования автомобилей), Л.Л. Афанасьева (организация и планирование перевозок), В.А. Гудкова, Л.Б. Миротина (эффективное использование автомобилей), А.И. Малышева, В.А. Корчагина, В.Н. Уварова и О.А. Новикова (методика определения средней скорости движения АТС в заданных условиях), В.И. Николина (организация и планирование грузовых перевозок).

Клинковштейн Г.И. в своей книге [3, стр.23] отмечает, что выбор скорости водителем зависит от многих факторов, таких как дорожный уклон, неровности покрытия и криволинейные участки маршрута. Однако автор указывает на особо сильное значение таких факторов, как «расстояние видимости», «ширина полосы», «динамический коридор», «интенсивность движения» и ряд других факторов, вынуждающих водителей менять скорость движения. Также уточняется, что параметры улично-дорожной сети в значительной степени влияют на скорость сообщения.

Среди последних работ в отношении скорости движения грузовых транспортных средств, следует отметить диссертацию Борисова Геннадия Валерьевича – «Методика прогнозирования расхода топлива автопоездами с учетом скоростного режима движения» [4]. В своей диссертации он описал закон распределения фактических скоростей движения для городских и загородных маршрутов и определил функции плотности их распределения. При этом скорости движения в городской черте и за городом рассматривались как отдельные, не зависимые друг от друга скорости, что при планировании перевозок недопустимо ввиду непрерывности процесса перевозки.

Средняя эксплуатационная скорость автопоезда на маршруте автором определяется по выражению:

vсрmj = vсрjWj,

где m - количество участков маршрута с различными дорожными и транспортными условиями эксплуатации.

Также при выведении формулы средней скорости движения автопоездов на маршруте автор вводит коэффициент, учитывающий вариацию условий эксплуатации, который зависит от передачи механической коробки передач. При этом не учитываются дорожные условия, категории дорог и действующие ограничения скорости на конкретном участке пути. 

Обоснование необходимости определения рациональной величины скорости на маршруте приводит Погуляева Ирина Владимировна в диссертации «Описание функционирования автотранспортных систем во внутриобластном сообщении» [5]. По мнению автора, вычисленное значение скорости позволит обеспечить рациональное использование подвижного состава. При этом автор устанавливает диапазон скорости для большегрузных автомобилей 34-36 км/ч.

Скорость сообщения опеделяется с учётом всех задержек при движении. Очевидно, что именно скорость сообщения способна объективно оценить уровень организации дорожного движения на исследуемом участке УДС. При совершении междугородных перевозок такие задержки могут возникать по причине движения по населенным пунктам, при наличии пешеходных переходов и светофорных объектов. В статье будут рассматриваться именно эти факторы.

Методика определения скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок заключается в разбиении маршрута доставки груза на участки, анализе этих участков на предмет объектов улично-дорожной сети, способных повлиять на скорость транспортных средств, и расчете скорости сообщения на каждом из участков.

В качестве характеристик, необходимых для анализа, возьмем наличие нерегулируемых пешеходных переходов на пути следования, наличие светофорного регулирования и количество населенных пунктов, которые пролегают на трассе маршрута доставки.

Также необходимо знать предельно допустимую (максимальную) скорость автомобилей на каждом из рассматриваемых участков для расчета скорости сообщения.

Таким образом, для получения модели определения скорости сообщения грузовых автомобилей при выполнении грузовых междугородных перевозок автором предлагается следующий порядок действий:

1. Разбить исследуемый маршрут на участки.

Участки разбиваются таким образом, чтобы на всем протяжении одного участка действовало единое ограничение скорости, - в зависимости от класса дороги (населенный пункт, загородная дорога, магистраль). Далее следует определить на каждом из участков максимально разрешенную скорость в км/ч [1], и определить количество населенных пунктов, нерегулируемых пешеходных переходов и светофоров на всем протяжении участка.

2. Провести замер фактических скоростей грузовых автомобилей на выделенных участках.

Экспериментальным образом определить скорости не менее десяти автомобилей при выполнении грузоперевозок по маршруту с учетом его разбиения на участки.

3. Вычислить среднее значение скорости по участкам.

На основании полученных данных в ходе проведения натурного эксперимента вычислить среднее значение скорости на каждом участке в км/ч.

4. Рассчитать коэффициент использования скоростного режима по участкам маршрута.

Расчет коэффициентa использования скоростного режима производится по следующей формуле [2]:


Кv = Vс/ Vр,                                                      (1)

где Vс, Vр – соответственно скорость сообщения и разрешённая скорость на исследуемом участке УДС, км/ч.

За скорость сообщения Vс принимается среднее значение скорости на участке.

Исследование проводилось по маршруту (рис. 1) республика Карелия, г. Петрозаводск (ООО «Деревообрабатывающий комбинат «Калевала») - Ленинградская обл., Янино-1 (ООО «Логистический парк «Янино»). Разобьем маршрут на 12 участков.


Рис. 1. Маршрут доставки

Таблица с краткой характеристикой участков рассматриваемого маршрута представлена ниже (табл. 1). Также рассчитано среднее значение скорости по участкам на основании проведенного эксперимента.

Таблица 1

Характеристика участков маршрута

№ участка

Протяженность км

Класс дороги

Разрешенная скорость, км/ч

Доп. информация по участку

Среднее значение скорости, км/ч

1

4,1

населенный пункт

60

2 НПП

50

2

6,7

населенный пункт

60

5 НПП

32

3

178,7

магистраль

90

трасса Е105

86

4

33

населенный пункт

60

7 НПП, 1 светофор

44

5

113

загородная дорога

70

13 н.п.

60

6

9

магистраль

90

трасса Е105

87

7

48

загородная дорога

70

3 н.п., 3 светофора, 6 НПП

55

8

25

магистраль

90

трасса Е105

88

9

14

загородная дорога

70

5 н.п., 2 светофор

49

10

5,8

магистраль

90

трасса Е105

81

11

5,7

магистраль

90

КАД

90

12

2,5

населенный пункт

60

2 светофора

49

*прим.: НПП - нерегулируемый пешеходный переход; н.п. - населенный пункт

Далее рассчитаем коэффициент использования скоростного режима на участках (табл. 2) по формуле (1).

Таблица 2

Коэффициент обеспеченности скорости, Кv

№ участка

Скорость сообщения, Vс , км/ч

Разрешенная скорость, Vр, км/ч

Кv

1

50

60

0,83

2

32

60

0,54

3

86

90

0,96

4

44

60

0,73

5

60

70

0,85

6

87

90

0,97

7

55

70

0,79

8

88

90

0,98

9

49

70

0,70

10

81

90

0,90

11

90

90

1

12

49

60

0,82

Для упрощения расчетной формулы, с помощью которой будет производиться в дальнейшем определение скорости сообщения грузовых автомобилей при выполнении перевозок в междугороднем сообщении, автором предлагается ввести показатели, учитывающие влияние таких факторов, как наличие населенных пунктов, нерегулируемых пешеходных переходов и светофорных объектов на маршруте и на участках, в частности. Расчет значений указанных коэффициентов будет производиться делением полученного ранее коэффициента использования скоростного режима на количество этих объектов (населенных пунктов, нерегулируемых пешеходных переходов и светофоров). Предполагается, что значения полученных коэффициентов неизменно на каждом из участков маршрута.

Проанализируем влияние нерегулируемых пешеходных переходов на изменение скорости транспортных средств. На участке 1 имеется 2 нерегулируемых пешеходных перехода, на участке 2 – 5.

КНПП1 = Кv1/ nНПП1 = 0,83/2 = 0,08

КНПП2 = Кv2/ nНПП2 = 0,54/5 = 0,09

Следовательно, 1 нерегулируемый пешеходный переход в среднем снижает скорость транспортных средств на 8,5%  (КНПП = 0,085).

Рассчитаем влияние населенных пунктов, через которые следует автомобиль. Для участка 5:

Кн.п.5 = Кv5/ nн.п.5 = 0,85/13 = 0,011

Оценим влияние светофоров на скорость транспортного средства. Светофорные объекты имеются на участках 4, 7, 9 и 12. При этом лишь светофоры установлены на участке 12 Колтушское шоссе – ЛП «Янино».

Ксв12 = Кv12/ nсв12 = 0,82/2 = 0,09

Ксв4 =  (Кv4 - КНППnНПП4)/nсв4 = (0,73-0,085⸱7)/1= 0,13

Ксв7 = (Кv7 - КНППnНПП7 - Кн.п.⸱3)/nсв7 = (0,79-0,085⸱6-0,011⸱3)/3= 0,247/3= 0,08

Ксв9 = (Кv9 - Кн.п.nНПП9)/ nсв9= (0,7-0,011⸱5)/2 = 0,32

Ксв = (Ксв4 + Ксв7 + Ксв9 + Ксв12)/4 = (0,09+0,13+0,08+0,32)/4 = 0,15

Подводя итог расчетам, можно выделить значения получившихся коэффициентов:

1) КНПП = 0,085;

2) Кн.п. = 0,011;

3) Ксв = 0,15.

Получим модель определения скорости сообщения междугородных автомобильных грузовых перевозок:

V = ∑1iVmaxi - Vmaxi⸱(КНППnНППi + Кн.п.nн.п.i+ Ксвnсвi), км/ч,

где Vmaxi – максимально разрешенная скорость на i-ом участке маршрута, км/ч;

КНПП – коэффициент, учитывающий влияние нерегулируемых пешеходных переходов на скорость движения ТС;

nНППi– количество нерегулируемых пешеходных переходов на i-ом участке маршрута, ед.;

Кн.п. - коэффициент, учитывающий влияние населенных пунктов на маршруте на скорость движения ТС;

nн.п.i – количество населенных пунктов на i-ом участке маршрута, ед.;

Ксв – коэффициент, учитывающий влияние светофоров на скорость движения ТС;

nсвi- количество светофоров на i-ом участке маршрута, ед.

Данная математическая модель объединяет в себе несколько параметров, влияющих на скорость сообщения, и способна помочь в более точном планировании междугородных перевозок автомобильным транспортом на новых маршрутах доставки, используя данные карт для уточнения информации по инфраструктуре на необходимом маршруте.

Заключение. Результатом статьи является модель определения скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок. Также введены понятия «коэффициент, учитывающий влияние нерегулируемых пешеходных переходов на скорость движения ТС», «коэффициент, учитывающий влияние населенных пунктов на маршруте на скорость движения ТС», «коэффициент, учитывающий влияние светофоров на скорость движения ТС» и рассчитаны значения этих коэффициентов. Предполагается, что разработанная модель определения скорости междугородного грузового сообщения автомобильным транспортом позволит оптимально планировать маршруты доставки грузов и работу автотранспортного предприятия в целом с учетом более точного определения предполагаемого времени работы автомобилей на маршрутах.

Библиографический список:

1. Федеральный закон от 10.12.95 N 196-ФЗ “О безопасности дорожного движения” [электронный ресурс]. – Режим доступа https://normativ.kontur.ru/documentId=378194 (дата обращения 22.04.2021).
2. Организация и безопасность дорожного движения: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Н. Пугачёв, А.Э. Горев, Е.М. Олещенко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -272 с.
3. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения. - М.: Транспорт, 2001. - 247 с.
4. Борисов Геннадий Валерьевич “Методика прогнозирования расхода топлива автопоездами с учетом скоростного режима движения” [электронный ресурс]. – Режим доступа https://www.dissercat.com/content/metodika-prognozirovaniya-raskhoda-topliva-avtopoezdami-s-uchetom-skorostnogo-rezhima-dvizhe/read
5. Погуляева Ирина Владимировна в диссертации «Описание функционирования автотранспортных систем во внутриобластном сообщении» [электронный ресурс]. – Режим доступа https://www.dissercat.com/content/opisanie-funktsionirovaniya-avtotransportnykh-sistem-vo-vnutrioblastnom-soobshchenii/read




Рецензии:

27.04.2021, 10:04 Луговая Виктория Николаевна
Рецензия: Статья "Разработка математической модели скорости сообщения при выполнении грузовых автомобильных междугородных перевозок" написана на актуальную тему, имеет практическую ценность, соответствует по структуре требованиям журнала. Замечания: 1) необходимо расширить аннотацию, уточнив конкретный результат автора; 2) отсутствует обзор литературы, связанной с исследованием. желательно указать последние работы ученых по данной проблематике Статью рекомендую к печати после устранения замечаний

04.06.2021 8:08 Ответ на рецензию автора Ни Екатерина Сергеевна:
Замечания к статье устранены



Комментарии пользователей:

30.04.2021, 16:15 Нурмухамедов Толаниддин Рамзиддинович
Отзыв: Т.Р.Нурмухамедов. Предлагаемая статья отвечает требованиям: раскрыта актуальность темы, научная новизна, выполнен расчет фрагмента характеристики участков маршрутов. Недостаток: имеется ссылка на рис.1, который в тексте отсутствует. После устранения недостатков рекомендуется к публикации.


4.06.2021, 8:47 Ни Екатерина Сергеевна
Отзыв: Рис. 1 с участком маршрута добавлен


5.06.2021, 4:49 Нурмухамедов Толаниддин Рамзиддинович
Отзыв: Отзыв: Т.Р.Нурмухамедов. Предлагаемая статья отвечает требованиям к публикации, указанный недостаток устранен. Статья рекомендуется к публикации.


Оставить комментарий


 
 

Вверх