Стадийное повышение транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных лесовозных дорог в системе автоматизированного проектирования

Актуальность темы

Дорожное хозяйство лесного комплекса России в настоящее время находится на сложном этапе развития, когда от преимущественного строительства новых лесовозных автомобильных дорог центр тяжести постепенно и неуклонно переходит к эксплуатации дорог, стадийному повышению их транспортно-эксплуатационных качеств. На первое место выдвигаются задачи повышения скорости, удобства и безопасности движения, инженерного оборудования и обустройства, архитектурно-эстетического оформления, снижения воздействия транспортных средств и дороги на окружающую среду и другие задачи, составляющие комплекс транспортно-эксплуатационных качеств дорог в сложной территориальной системе «водитель-автомобиль-дорога-природная среда» (ВАДС).

Вопросы стадийного повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог являются актуальными в течение многих лет. Последнее вызвано тем, что дорожное строительство весьма капиталоемко и возведение объектов на дальнюю перспективу требует значительных единовременных затрат. Это обуславливает необходимость использования научных подходов к решению задач составной части автоматизированного проектирования — имитационной подсистемы, позволяющей видеть дорогу в действии, прогнозировать комплекс транспортно-эксплуатационных качеств дороги в процессе проектирования по результатам моделирования на ЭВМ движения автомобилей и автомобильных потоков. При этом ЭВМ выступает в роли полигона для испытания проектируемой дороги.

Тема диссертации посвящена проблеме стадийного повышения транс-портно-эксплуатационных качеств дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД).

Целью работы является разработка метода оценки проектных решений автомобильных дорог на основе имитации процесса их функционирования путем комплексного моделирования движения автомобилей и автомобильных потоков, алгоритмически-программная реализация и внедрение этого метода в развивающиеся САПР-АЛД для повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог.

Объектами исследований являлись процессы взаимодействия автомобилей, автопоездов и транспортных потоков с дорогой и взаимосвязей между ними в системах автоматизированного проектирования. При решении поставленных задач применялись следующие основные методы: формализация и имитационное моделирование процессов взаимодействия автомобилей, автопоездов и транспортных потоков с дорогой, методы вычислительной математики, теория вероятности, теория оптимального управления.

Новизна полученных результатов. Научной новизной обладают: разработанный способ моделирования движения транспортного потока и составления дифференциальных уравнений движения поездов в потоке, основанный на использовании процессов Маркова, позволяющий выделить основные уравнения, решение которых обеспечивает полученные вероятности р (У) и плотности А (б), ф](5) и ф (5) — принцип направленного поиска оптимального варианта повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог, основанный на принципах динамического программирования и реализованный графическим методом с использованием сетки «состояние-времени» — методика стадийного повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог с апробацией ее на конкретных дорогах 2 и 3 районах лесозаготовок.

Значимость для науки заключается в определении транспортно-эксплуатационных качеств комплексом показателей имитационного моделирования процесса функционирования дороги, включающих технико-экономические, энергетические, экологическиеустановлении закономерности изменения вдоль дороги с учетом всех ее параметров и по направлениям, включая распределения скорости как отдельных автомобилей, так и всего потока, распределения интервалов, вероятностей возможности обгона, вероятности свободного движения, плотностей потоков, дисперсий скорости и других показателей, формирующих режимы транспортных потоковв разработке математического, методического, программного и информационного обеспечений подсистем моделирования в САПР-АЛД процесса функционирования дорогиразработке структурных моделей оптимизации стадийного повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог от пропускной способности как функции от плана трассы, продольного уклона, природно-климатических факторов и провозной способности как функций от типа покрытия дорожной одежды, ее прочности и обеспечения экологической безопасности.

Практическая ценность работы состоит в улучшении качества проектных решений дорог, обеспеченном разработкой и внедрением в развивающиеся САПР-АЛД алгоритмов и программ моделирования процессов функционирования дороги. Перспективен для практики проектных организаций метод оптимизации проектных решений по комплексу показателей с направленным поиском оптимального варианта, основанный на гармоничном сочетании обобщенных характеристик дороги.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция комплексной оценки стадийного повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог, рассматривающая их с учетом всех существенных компонентов объекта исследований и взаимосвязей между ними в САПР-АЛД.

2. Модифицированные алгоритмические программные методы исследования основных транспортно-эксплуатационных характеристик дорог, включающих технико-экономические, энергетические и экологические показатели.

3. Экономико-математическое обоснование стадийного повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог.

4. Алгоритмы и программы, реализующие методы оценки проектных решений по показателям комплексного моделирования, имитирующего процесс функционирования дороги.

Достоверность полученных результатов обеспечена проведением системного анализа проблемы и применением математических, теоретических и экспериментальных методов исследованийприменением методов математической статистики при обосновании числа экспериментов и обработке их материаловустановлением структуры и окончательных видов расчетных формул путем использования обобщенных имитационных экспериментов.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований по этапам докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ВГЛТА (1995;2002 гг.), на международной научно-практической конференции в Йошкар-Оле (2001 г.).

Реализация работы. Разработанные программные средства автоматизированного проектирования повышения транспортно-эксплуатационных качеств дорог были внедрены в Центре дорожно-мостового проектирования «Магистраль» (г, Воронеж), Коми республиканском дорожном департаменте (г. Сыктывкар) и переданы для использования в научно-исследовательской и учебной работах кафедре транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 20 научных работах, в том числе в монографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 7 приложений. Основное содержание работы изложено на 237 страницах машинописного текста, иллюстрировано 39 рис. и 29 табл.

Выводы.

Показатели транспортно-эксплуатационных качества АЛД в значительной степени зависят от природно-производственных и климатических условий, в которых они эксплуатируются. В этом отношении 7-ой район лесозаготовок (Кавказ) занимает особое место, как по сложности дорожной трассы, так и по высоте над уровнем моря. Большое значение в связи с этим приобрел вопрос обеспечения качества автомобильных лесовозных дорог как с позиции повышения безопасности движения, так и повышения эффективности их использования. Скорости движения лесовозных автопоездов в потоке на автомобильных дорогах в указанном районе в среднем на 25−30% ниже, а минимально безопасные интервалы между лесовозными автопоездами в среднем на 15%) больше, чем на дорогах в 1 и 2 районах лесозаготовок.

Исследования транспортно-эксплуатационных качеств АЛД позволили установить степень влияния условий эксплуатации на диапазон потенциальных их свойств, определяющий их производительностьсделать заключение о том, в какой мере этот диапазон отвечает требованиям.

182 дорожных и климатических условии и по оценке предельного состояния конструкций, выявить зоны граничных условий.

Предложены измерители и коэффициенты приведения для ряда критериев дорожных и климатических условий и примеры практического их применения, которые подтверждают целесообразность такого подхода к оценке эксплуатационных условий.