Существующие методы и критерии оценки безопасности движения транспортных средств на дорогах общего пользования

ДИСЦИПЛИНА

Б.3.1.7 «Транспортная инфраструктура»

ТЕМА 7

БЕЗОПАСНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Лекция 8

Учебные вопросы:

Существующие методы и критерии оценки безопасности движения транспортных средств на дорогах общего пользования

Все существующие критерии оценки безопасности движения на автомобильных дорогах представляют собой показатели относительной опасности, которые подразделяются в зависимости от метода их определения. В настоящее время широко применяются следующие методы оценки относительной опасности участков дорог: методы коэффициентов безопасности и конфликтных ситуаций, основанные на анализе графика изменения скоростей движения по дороге, и метод коэффициентов аварийности, основанный на анализе данных статистики ДТП. По принципу определения перечисленные показатели опасности участков дорог являются детерминированными, то есть однозначно определенными в зависимости от тех или иных дорожных условий или дорожно-транспортных ситуаций. В последнее время получил должное развитие вероятностный подход к оценке опасности дорожных условий и дорожно-транспортных ситуаций, основанный на теории риска. Для обоснования использования в данном исследовании того или иного метода оценки относительной опасности дорог выполним сравнительный анализ перечисленных методов.

2.1. Метод коэффициентов безопасности основан на отношении максимальной скорости движения на опасном участке к максимальной скорости движения на подходе к данному (опасному) участку. Такие отношения называются коэффициентами безопасности. Для построения графика коэффициентов безопасности определяют максимальную скорость в конце каждого участка, которую можно развить без учета условий движения на последующих участках. Другими словами, не учитывают участки постепенного снижения скорости, необходимые для безопасного въезда на кривые малых радиусов, на пересечения, узкие мосты, то есть берут соотношение скорости, обеспечиваемой данным участком, и максимально возможной скорости в конце предшествующего участка. В проектах новых дорог нельзя допускать участки с коэффициентами безопасности, меньшими 0,8. В проектах реконструкции и капитального ремонта коэффициенты безопасности принимают по табл.1. Однако использовать данные табл.1 при составлении проектов реконструкции и капитального ремонта дорог практически не представляется возможным, так как водители при торможении реализуют любые значения отрицательных ускорений.

Метод коэффициентов безопасности учитывает движение одиночного автомобиля, что характерно только для дорог с малой интенсивностью (для уровня удобства движения А, при котором обгоны медленно движущихся автомобилей происходят сходу и встречаются реже, чем при уровне удобства движения Б).

Этот метод не учитывает движения по дорогам транспортных потоков средней и высокой интенсивности (уровни удобства движения Б, В и Г), когда на дорогах доминируют другие виды опасности:

– риск столкновения встречных автомобилей при обгоне;

– риск наезда на впереди идущий автомобиль;

– риск наезда на неподвижное препятствие в условиях ограниченной видимости;

– риск потери поперечной устойчивости автомобиля на кривой малого радиуса (кстати, этот вид опасности характерен в основном для уровня удобства движения А и конкретизирует зависимость риска заноса или опрокидывания автомобиля от скорости движения);

– риск разъезда и опережения автомобилей на узкой ширине покрытия и др.

Таблица 1

Качественная оценка коэффициентов безопасности в проектах реконструкции и капитального ремонта автомобильных дорог

Степень опасности участка дороги	Коэффициент безопасности при отрицательных ускорениях, м/с²
0,5 – 1,5	1,5 – 2,5
Начальная скорость движения 60 – 80 км/ч
неопасный опасный очень опасный	более 0,6 0,45 – 0,6 менее 0,45	более 0,65 0,5 – 0,65 менее 0,5
Начальная скорость движения 85 – 100 км/ч
неопасный опасный очень опасный	более 0,7 0,55 – 0,7 менее 0,55	более 0,75 0,6 – 0,75 менее 0,6
Начальная скорость движения 105 – 120 км/ч
неопасный опасный очень опасный	более 0,8 0,65 – 0,8 менее 0,65	более 0,85 0,7 – 0,85 менее 0,7

Кроме того, допустимый коэффициент безопасности движения при проектировании новых дорог, равный 0,8, не учитывает величины отрицательного ускорения и показывает, что при различных сочетаниях скоростей движения возникает одинаковый уровень безопасности. Так, например, при проектировании дорог Iа категории (автомагистралей) перепад скоростей со 140 до 112 км/ч дает такой же коэффициент безопасности как, к примеру, перепад скоростей со 100 до 80 км/ч и равный допустимому значению (0,8). Очевидно, что эти результаты не соответствует истинной опасности потому, что чем выше скорости, тем опаснее перепад скоростей при одном и том же коэффициенте безопасности.

2.2. Метод конфликтных ситуаций используется при разработке проектов реконструкции сложных участков автомобильных дорог. Показателем наличия конфликтной ситуации является экстренное изменение скорости или траектории движения автомобиля. Для использования метода конфликтных ситуаций необходимы данные об отрицательных продольных и поперечных ускорениях, которые получают на длине участка L при помощи ходовой дорожной лаборатории. Датчиком поперечного ускорения в автомобиле-лаборатории служит, как правило, авиационный акселерометр МП-95. Пределы измерения поперечных ускорений этим акселерометром ±1,5g. Для определения отрицательного линейного ускорения измеряют линейную скорость, время и пройденный путь. Эти параметры регистрируются на лентах самописцев в процессе движения автомобиля-лаборатории. Полученные поперечные и отрицательные продольные ускорения на длине участка L сравнивают со значениями ускорений в табл.1.2 и относят данные конфликтные ситуации по степени опасности к легкой, средней или критической. Затем на длине участка дороги L определяют количество конфликтных ситуаций, приведенных к критической ситуации, по зависимости

, (1.1)

где количество легких, средних и критических конфликтных ситуаций соответственно на участке дороги, длиною L;

– отрицательные продольные или поперечные ускорения, отнесенные по табл.2 к легкой конфликтной ситуации, м/с²;

то же, отнесенные к средней конфликтной ситуации, м/с²;

то же, отнесенные к критической конфликтной ситуации, м/с²;

Таблица 2

Качественная оценка конфликтных ситуаций

Критерии конфликтных ситуаций	Начальная скорость движения, км/ч	Отрицательные продольные и поперечные ускорения, м/с², для конфликтной ситуации:
легкой (j₁)	средней (j₂)	критической (j₃)
отрицательные продольные ускорения	более 100 100 – 80 80 – 60 менее 60	0,5 – 0,9 0,5 – 1,9 0,5 – 2,3 0,5 – 2,9	0,9 – 1,9 1,9 – 2,6 2,3 – 3,2 2,9 – 3,7	1,9 2,6 3,2 3,7
поперечные ускорения	более 100 100 – 60 менее 60	0 – 0,3 0,4 – 0,6 0,8 – 1,2	0,3 – 0,7 0,6 – 1,1 1,2 – 1,5	0,7 1,1 1,5

Определяют количество конфликтных ситуаций на 1 млн. авт-км по зависимости

, (1.2)

где критическое количество ситуаций, установленное по формуле (1.1) в зависимости от общего количества легких, средних и критических конфликтных ситуаций;

N – интенсивность движения, при которой определялись отрицательные продольные и поперечные ускорения автомобиля-лаборатории, авт/ч;

L – длина участка дороги, км.

Используя данные табл.3 по числу конфликтных ситуаций (К) оценивают опасность участка дороги протяженностью L.

Таблица 3

Качественная оценка опасности участка дороги по числу конфликтных ситуаций

Число конфликтных ситуаций на 1 млн. авт-км	Менее 210	210 – 310	310 – 460	Более 460
Характеристика участка	неопасный	мало опасный	опасный	очень опасный

В проектах новых дорог недопустимы участки с количеством конфликтных ситуаций более 210. При разработке проектов реконструкции и капитального ремонта следует включать в проектирование (исправлять) участки с числом конфликтных ситуаций более 310.

По данным метода конфликтных ситуаций можно установить значение коэффициента относительной аварийности или коэффициента происшествий по формуле

. (1.3)

Если количество конфликтных ситуаций не установлено, например, в случае, когда автомобиль-лаборатория в данной дорожной организации отсутствует, то коэффициент происшествий (коэффициент относительной аварийности) определяют в зависимости от количества происшествий в год (z) по формулам:

– на длинных и однородных по геометрическим элементам участках дороги [ДТП/1 млн. авт-км]

; (1.4)

– на коротких участках (малые мосты, перекрестки) [ДТП/1 млн. авт]

, (1.5)

где

z – количество происшествий в год;

N – среднегодовая суточная интенсивность движения в обоих направлениях, принимаемая по данным учета движения, авт/сут;

L – длина участка дороги, км.

Метод конфликтных ситуаций имеет существенный недостаток, связанный с тем, что приведенное число конфликтных ситуаций, определенное по формуле (1.2), при неоднократном проезде выделенного участка дороги автомобилем-лабораторией, имеет недопустимый разброс. Так, два проезда участка дороги могут дать приведенное количество конфликтных ситуаций в пределах менее 210 и более 460 штук, а это означает, что исследователь может отнести один и тот же участок дороги как к неопасному, так и к очень опасному участку. Такой разброс возникает в связи с наличием вероятностной сущности появления различных дорожно-транспортных ситуаций, на которые существенное влияние оказывают интенсивность и состав движения, появление групп (пачек) автомобилей, психофизиологические особенности водителей, число обгонов и их характеристики. Например, скорость обгоняющего, обгоняемого и встречного автомобилей, число обгоняемых транспортных средств и длина обгона, видимость встречного автомобиля и др. Поэтому при оценке опасности геометрических элементов дорог и различных дорожно-транспортных ситуаций необходимо использовать вероятностные подходы, учитывающие вероятностную сущность системы “водитель – автомобиль – дорога – окружающая среда” (ВАДС). В отличие от детерминированного подхода вероятностный подход дает значение исследуемой величины и вероятность ее реализации. То значение параметра, при котором данная вероятность наибольшая и есть ожидаемая величина (математическое ожидание исследуемой величины), например, математическое ожидание конфликтных ситуаций или, другое, – математическое ожидание числа ДТП.

2.3. Метод коэффициентов аварийности основан на отношениях количества ДТП в фактических дорожных условиях к количеству ДТП в эталонных дорожных условиях, которые возникли бы после прохождения по участку дороги одного миллиона автомобилей. Такие отношения называются частными коэффициентами аварийности. Под эталонными дорожными условиями на двухполосных дорогах общего пользования в равнинной и холмистой местности понимают горизонтальные и прямолинейные участки автомобильных дорог с усовершенствованным покрытием, с шириной проезжей части 7,5 метра и с твердыми широкими обочинами, имеющими краевые укрепленные полосы по 0,75 метра. Эталонные условия для многополосных дорог отличаются от эталонных условий двухполосных дорог требуемой шириной разделительной полосы 5 метров. Значения частных коэффициентов аварийности установлены по материалам анализа данных отечественной и зарубежной статистики дорожно-транспортных происшествий и даны в специальной литературе [ , , , , , ]. Степень опасности участков дорог в данном методе характеризуется итоговым коэффициентом аварийности, определяемым как произведение частных коэффициентов аварийности по выражению

. (1.6)

По значениям итогового коэффициента аварийности строят линейный график. На него наносят план и продольный профиль дороги, показывают все элементы, от которых зависит безопасность движения (продольные уклоны, вертикальные кривые, кривые в плане, мосты, населенные пункты и др.). На графике итоговых коэффициентов аварийности фиксируют для отдельных участков среднюю интенсивность движения по данным учета дорожных организаций, а для проектируемых дорог - перспективную интенсивность движения. В проектах нового строительства и реконструкции дорог рекомендуется перепроектировать участки, для которых итоговый коэффициент аварийности превышает 15 – 20. В проектах капитального ремонта в условиях холмистого рельефа следует пересматривать перестройку участков дорог с итоговыми коэффициентами аварийности более 25 – 40.

Метод коэффициентов аварийности широко применяется проектными и эксплуатационными дорожными организациями для обоснования проектов нового строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог и анализа безопасности движения на существующих дорогах. Для построения графиков коэффициентов аварийности, включая сезонные графики этого коэффициента [ ], имеются программы для ЭВМ, разработанные в МАДИ (ГТУ) и ОАО ГипродорНИИ [ , , ].

В тоже время широко применяемый на практике метод коэффициентов аварийности обладает следующими недостатками:

– не всегда по следствию (факту ДТП) можно установить причину происшествия и выявить дорожные условия, повлиявшие на возникновение аварийной ситуации. Поясним это. Частные коэффициенты аварийности устанавливают на основе анализа причин происшествий по карточкам ДТП [ , , ]. Как показали исследования [ , ] в карточках ДТП указывается, как правило, не одна, а ряд причин, способствующих аварии, включая и алкогольное или наркотическое опьянение водителя. Такая причина как опьянение водителя вносит в значения определяемых коэффициентов аварийности по дорожным условиям неисправимые ошибки. Кроме того, инспектор ГИБДД интуитивно (субъективно) вносит в карточку ДТП данные о дорожных условиях, повлиявших на аварию. Поэтому, конкретные показатели дорожных условий, отмеченные инспектором ГИБДД, могут находиться в причинно-следственной связи с ДТП, а могут не иметь к данной аварии прямого отношения. Исследования [1] показали, что при одновременной и независимой работе на месте происшествия нескольких специалистов в карточки ДТП заносятся, как правило, разные сочетания дорожных условий, которые, по мнению каждого специалиста, повлияли на аварию. Следовательно, визуальная оценка дорожных условий, без применения математического аппарата, позволяющего объективно определять опасность геометрических элементов места аварии, придает карточкам ДТП субъективный характер. Использование этих карточек для определения коэффициентов аварийности остается проблематичным. Необходим математический аппарат, позволяющий всем экспертам отмечать в карточках ДТП только те дорожные условия, которые способствовали происшествию в конкретной ситуации. Но и в этом случае сочетание разных причин происшествия не позволит использовать эту карточку для определения коэффициентов аварийности, так как неоднократное применение одной и той же карточки может удвоить или утроить аварийность. Следовательно, методически метод коэффициентов аварийности имеет недостаточно надежное обоснование;

– в методе итогового коэффициента аварийности не учитывается конкретная скорость движения автомобилей на участке дороги и поэтому установленная по указанному методу опасность дорожных условий как бы не зависит от скорости, с которой движется автомобиль. Ссылка на то, что влияние скорости движения косвенно учтено в значениях других коэффициентов аварийности [ ] не выдерживает ни какой критики, так как интенсивность движения в течение суток меняется (появляются все уровни удобства движения). Скорость движения автомобилей являются существенным параметром практически всех ДТП. Поэтому, на наш взгляд, скорость движения (фактическая, расчетная и т.д.) должна находиться в основе определения опасности дорожных условий и коэффициентов аварийности в том числе;

– метод итогового коэффициента аварийности не позволяет оценить увеличение опасности дорожных условий при ухудшении качества строительства, так как в этом методе любые отклонения параметра от среднего значения не влияют на результаты оценки опасности геометрического элемента. На наш взгляд необходимо разрабатывать и использовать такие методы оценки аварийности на дорогах, с помощью которых оценивается опасность дорожных условий с учетом качества (однородности) выполнения каждого геометрического элемента. Только в этом случае будет устанавливаться доля ответственности строителей дорог за возникновение конкретного ДТП если строительство дороги было не качественным. При практическом использовании такого метода несоблюдение разбивочных и строительных допусков будет нежелательным событием для строителей, так как сам метод оценки сразу покажет долю ответственности строителей или проектировщиков в возникновении ДТП на конкретном участке дороги.

Учет перечисленных недостатков в оценке аварийности на дорогах возможен только при использовании для этой цели вероятностного подхода, при котором возможно определять степень опасности движения автомобилей по дороге при том или ином сочетании параметров и качестве исполнения геометрических элементов в процессе разбивочных работ и строительства. Такая постановка вопроса изложена в исследованиях проф. Столярова В.В. [ , , , , , , , , , , , , ] и соответствует прямому подходу изучения причинно-следственной связи возникновения ДТП. Широко применяемый в настоящее время и описанный выше обратный подход, основанный на изучении следствия (по карточкам ДТП) для выявления причин, способствовавших возникновению происшествия во многом субъективен, не позволяет установить степень влияния качества строительства участка дороги на аварийность и практически не применим при проектировании дорог.