Математическое моделирование трассы лесовозных автомобильных дорог

УДК

630*383

DOI:

10.37482/0536-1036-2021-4-150-161

Аннотация

Осуществление задач, связанных с развитием транспортной сети и лесовозных автомобильных дорог как неотъемлемой ее части, требует исследования закономерностей образования пространственных кривых при сочетании элементов плана и продольного профиля, т. к. рациональное проложение трассы на многие годы определяет ее важнейшие транспортно-эксплуатационные характеристики (скорость, уровень безопасности движения, пропускную способность). Учет зрительного восприятия дороги водителем повысит качество проектных решений, что позволит избежать возникновения аварийных ситуаций в дальнейшем, после введения трассы в эксплуатацию. Снижение скорости перед кажущимися резкими поворотами дороги негативно сказывается на эффективности работы лесовозного автомобильного транспорта, поэтому вид дороги в перспективе должен ориентировать водителя, т. е. быть зрительно ясным, явно меняющимся, обеспечивающим постоянство или плавное снижение скорости транспортного потока. Необходимость удачного пространственного решения дороги при этом повышается. В проектах лесовозных автомобильных дорог в качестве элементов плана трассы встречаются прямые линии, переходные кривые, описываемые в последние годы чаще всего по клотоиде, и круговые кривые. Установлено, что вид дороги в перспективе является зрительно понятным для водителя при условии, что линии, описывающие бровки дорожного полотна и кромки проезжей части, в перспективном изображении изогнуты в том же направлении, что и в плане дороги. Цель работы – определение комплекса количественных показателей (кривизны, радиуса кривой в плане, максимальной кривизны, максимальной скорости изменения кривизны) для оптимизации зрительной плавности и ясности центральных проекций элементарных пространственных и плоских кривых. Приведенный алгоритм обеспечивает возможность составления компьютерной программы для определения названных показателей, что позволит оценить зрительную плавность и ясность центральных проекций элементарных пространственных и плоских кривых на лесовозных автомобильных дорогах.
Для цитирования: Боровлев А.О., Скрыпников А.В., Козлов В.Г., Тюрикова Т.В., Тверитнев О.Н., Никитин В.В. Математическое моделирование трассы лесовозных автомобильных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 4. С. 150–161. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-150-161

Сведения об авторах

А.О. Боровлев¹, соискатель; ResearcherID: AAL-8641-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5431-9944
А.В. Скрыпников¹, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAE-8824-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1073-9151
В.Г. Козлов², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: G-9613-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2571-8687
Т.В. Тюрикова³, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: P-8991-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3592-310X
О.Н. Тверитнев¹, соискатель; ResearcherID: AAE-1352-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8183-0393
В.В. Никитин⁴, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAE-9971-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5284-8116
¹Воронежский государственный университет инженерных технологий, просп. Революции, д. 19, г. Воронеж, Россия, 394036; e-mail: borov.borov.ar@yandex.ru,
skrypnikovvsafe@mail.ru, tveritneffo@yandex.ru
²Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I,
ул. Мичурина, д. 1, г. Воронеж, Россия, 394087; е-mail: vya-kozlov@yandex.ru
³Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: t.turikova@narfu.ru
⁴Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1, Москва, Россия, 105005; е-mail: box534@mail.ru

Ключевые слова

пространственные кривые, проложение трассы, зрительная ясность, криволинейный участок, лесовозные дороги

Для цитирования

Боровлев А.О., Скрыпников А.В., Козлов В.Г., Тюрикова Т.В., Тверитнев О.Н., Никитин В.В. Математическое моделирование трассы лесовозных автомобильных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 4. С. 150–161. DOI: 10.37482/0536-
1036-2021-4-150-161

Литература

1. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1993. 271 с. Babkov V.F. Road Conditions and Traffic Safety. Moscow, Transport Publ., 1993. 271 p.

2. Бируля А.К. Эксплуатация автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1966. 326 с. Birulya A.K. Operation of Roads. Moscow, Transport Publ., 1966. 326 p.

3. Гулевский В.А., Скрыпников А.В., Козлов В.Г., Ломакин Д.В., Микова Е.Ю. Экспериментальная оценка сцепных качеств и ровности покрытий при различных состояниях автомобильных дорог и погодных условиях // Вестн. Воронеж. гос. аграр. ун-та. 2018. № 1(56). С. 112–118. Gulevsky V.A., Skrypnikov A.V., Kozlov V.G., Lomakin D.V., Mikova E.Yu. Experimental Evaluation of Traction Properties and Road Evenness in Various Road and Weather Conditions. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Vestnik of Voronezh State Agrarian University], 2018, no. 1(56), pp. 112–118. DOI: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2018.1.112

4. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 2012. 424 с. Dryu D. Theory of Traffic Flows and Their Management. Moscow, Transport Publ., 2012. 424 p.

5. Иванов В.Н., Ерохов В.Н. Влияние параметров автомобильных дорог на расход топлива // Автомобильные дороги. 2014. № 8. С. 10–13. Ivanov V.N., Erokhov V.N. Influence of Parameters of Roads on Fuel Consumption. Avtomobil’nyye dorogi, 2014, no. 8, pp. 10–13.

6. Калужский Я.А., Бегма И.В., Кисляков В.М., Филиппов В.В. Применение теории массового обслуживания в проектировании автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1969. 136 с. Kaluzhskiy Ya.A., Begma I.V., Kislyakov V.M., Filippov V.V. Application of Queueing Theory in the Design of Roads. Moscow, Transport Publ., 1969. 136 p.

7. Козлов В.Г. Методы, модели и алгоритмы проектирования лесовозных автомобильных дорог с учетом влияния климата и погоды на условия движения: дис. ... д-ра техн. наук. Архангельск, 2017. 406 с. Kozlov V.G. Methods, Models and Algorithms for Designing Timber Roads Considering the Impact of Climate and Weather on Traffic Conditions: Dr. Eng. Sci. Diss. Arkhangelsk, 2017. 406 p.

8. Козлов В.Г., Скрыпников А.В., Микова Е.Ю., Могутнов Р.В., Чириков Е.В. Формирование модели проектирования системы «дорожные условия – транспортные потоки» и пути ее реализации // Лесотехн. журн. 2018. Т. 8, № 1(29). С. 100–111. Kozlov V.G., Skrypnikov A.V., Mikova E.Yu., Mogutnov R.V., Chirikov E.V. Formation of the Model of Designing the System “Road Conditions – Transport Flows” and Ways of Its Implementation. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2018, vol. 8, no. 1(29), pp. 100–111. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5ab0dfbe6ece23.91630316

9. Козлов В.Г., Скрыпников А.В., Могутнов Р.В., Микова Е.Ю., Зеликова Ю.А. Комплексные экспериментальные исследования изменения параметров и характеристик дорожных условий, транспортных потоков и режимов движения под влиянием климата и погоды // Лесотехн. журн. 2018. Т. 8, № 2(30). С. 156–168. Kozlov V.G., Skrypnikov A.V., Mogutnov R.V., Mikova E.Yu., Zelikova Yu.A. Comprehensive Experimental Research of Changing Parameters and Characteristics of Road Conditions, Transport Flows and Motion Modes under Influence of Climate and Weather. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2018, vol. 8, no. 2(30), pp. 156–168. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5b240611858af4.37544962

10. Козлов В.Г., Скрыпников А.В., Чернышова Е.В., Чирков Е.В., Поставничий С.А., Могутнов Р.В. Теоретические основы и методы математического моделирования лесовозных автомобильных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 6. С. 117–127. Kozlov G.V., Skrypnikov A.V., Chernyshova E.V., Chirkov E.V., Postavnichiy S.A, Mogutnov R.V. Theoretical Foundations and Methods of Mathematical Modeling of Forestry Roads. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2018, no. 6, pp. 117–127. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.6.117

11. Кондрашова Е.В., Скворцова Т.В. Совершенствование организации дорожного движения в транспортных системах лесного комплекса // Системы управления и информационные технологии. 2008. № 3-2(33). С. 272–275. Kondrashova E.V., Skvortsova T.V. Improvement of Road Traffic Organization in the Forest Complex Transport Systems. Sistemy upravleniya i informatsionnyye tekhnologii [Automation and Remote Control], 2008, no. 3-2(33), pp. 272–275.

12. Сильянов В.В., Ситников Ю.М. Расчет скоростей движения при проектировании автомобильных дорог // Тр. МАДИ. 1974. Вып. 72. С. 47–66. Sil’yanov V.V., Sitnikov Yu.M. Calculation of Traffic Speeds in the Design of Roads. Trudy MADI, 1974, iss. 72, pp. 47–66.

13. Скрыпников А.В., Козлов В.Г., Ломакин Д.В., Микова Е.Ю. Оценка влияния на скорость движения постоянных параметров плана и профиля при различных состояниях поверхности дороги // Лесн. вестн. 2017. Т. 21, № 6. С. 43–49. Skrypnikov A.V., Kozlov V.G., Lomakin D.V., Mikova E.Yu. Assessment of the Impact on the Speed of the Constant Parameters of the Plan and Profile in the Various States of the Road Surface. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2017, vol. 21, no. 6, pp. 43–49. DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2017-6-43-49

14. Хомяк Я.В. Проектирование сетей автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1983. 207 с. Khomyak Ya.V. Designing Road Networks. Moscow, Transport Publ., 1983. 207 p.

15. Чернышова Е.В. Алгоритм решения задачи оптимального трассирования лесовозной автомобильной дороги на неоднородной местности // Вестн. ВГУИТ. 2017. Т. 79, № 2(72). С. 113–120. Chernyshova E.V. Algorithm for Solving the Problem of Optimal Tracing of a Timber Road on a Non-Uniform Terrain. Vestnik Voronežskogo gosudarstvennogo universiteta inženernyh tehnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2017, vol. 79, no. 2(72), pp. 113–120. DOI: https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-2-113-120

16. Berestnev O., Soliterman Y., Goman A. Development of Scientific Bases of Forecasting and Reliability Increasement of Mechanisms and Machines – One of the Key Problems of Engineering Science. International Symposium on History of Machines and Mechanisms Proceedings HMM 2000. Ed. by M. Ceccarelli. Dordrecht, Springer, 2000, pp. 325– 332. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-015-9554-4_37

17. Kozlov V.G., Gulevsky V.A., Skrypnikov A.V., Logoyda V.S., Menzhulova A.S. Method of Individual Forecasting of Technical State of Logging Machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 327, iss. 4, art. 042056. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042056

18. Mogutnov R.V., Tikhomirov P.V., Skrypnikov A.V., Zavrazhnov A.I., Kozlov V.G., Belyaev A.N., Zelikov V.A., Mikheyev N.V. Designing Mathematical Models of Geometric and Technical Parameters for Modern Road-Building Machines Versus the Main Parameter of the System. Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” Dedicated to the 85th Anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Press, 2019, pp. 823–827. DOI: https://doi.org/10.2991/isees-19.2019.165

19. Skrypnikov A., Dorokhin S., Kozlov V.G., Chernyshova E.V. Mathematical Model of Statistical Identification of Car Transport Informational Provision. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, vol. 12, no. 2, pp. 511–515.

Ссылка на английскую версию:

Mathematical Modeling of the Route of Logging Roads

MATHEMATICAL MODELING OF THE ROUTE OF LOGGING ROADS

Anton O. Borovlev¹, External PhD Student; ResearcherID:AAL-8641-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5431-9944
Alexey V. Skrypnikov¹, Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID:AAE-8824-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1073-9151
Vyacheslav G. Kozlov², Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: G-9613-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2571-8687
Tatyana V. Tyurikova³, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: P-8991-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3592-310X
Oleg N. Tveritnev¹, External PhD Student; ResearcherID: AAE-1352-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8183-0393
Vladimir V. Nikitin⁴, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: AAE-9971-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5284-8116
¹Voronezh State University of Engineering Technologies, prosp. Revolyutsii, 19, Voronezh, 394036, Russian Federation; e-mail: borov.borov.ar@yandex.ru, skrypnikovvsafe@mail.ru, tveritneffo@yandex.ru
²Voronezh State Agricultural University named after Emperor Peter the Great, ul. Michurina, 1, Voronezh, 394087, Russian Federation; e-mail: vya-kozlov@yandex.ru
³Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: t.turikova@narfu.ru
⁴Bauman Moscow State Technical University (National Research University), ul. 2-ya Baumanskaya, 5, str. 1, Moscow, 105005, Russian Federation;e-mail: box534@mail.ru

Abstract. The implementation of tasks related to the development of the transportation network as a whole and logging roads as an integral part of it requires scientifically based theoretical studies of the patterns of formation of spatial curves when combining elements of the plan and the longitudinal profile, since the rational laying of the route for many years determines its most important transport and operational characteristics (speed, traffic safety, traffic capacity). Consideration of the visual perception of the road by the driver will improve the quality of design decisions, which will allow to avoid emergencies in the future after setting the route into service. On the other hand, a decrease in speed before seemingly sharp turns of the road affects the efficiency of logging road transport. Therefore, the view of the road ahead should strongly orient the driver, i.e. be visually clear and clearly changing, ensuring the constancy or smooth reduction of the traffic flow mode. At the same time, the need for a successful spatial solution of the road increases. In the designs of logging roads, straight lines, transition curves, described in recent years most often according to the clotoid, and circular curves are found as elements of the route plan. It is found that the road view in perspective correctly orients the driver of the car, i.e. it is visually clear, provided that the lines describing the edges of the roadway and the edges of the roadway in the perspective image are curved in the same direction as in the road plan. The purpose of the work is to determine a set of quantitative indicators (curvature, radius of the curve in the plan, maximum curvature, maximum rate of change of curvature) for optimization of the visual smoothness and clarity of the central projections of elementary spatial and plane curves. The performed studies allow us to fully characterize the visual smoothness and clarity of the central projections of elementary spatial and plane curves. The above algorithm makes it possible to compile a computer program to determine the mentioned indicators. The indicators determined by this algorithm allow us to evaluate both the visual smoothness and clarity of curves on logging roads.
For citation: Borovlev A.O., Skrypnikov A.V., Kozlov V.G., Tyurikova T.V., Tveritnev O.N., Nikitin V.V. Mathematical Modeling of the Route of Logging Roads. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 4, pp. 150−161. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-150-161.

Keywords: spatial curves, route layout, visual clarity, curved section, logging roads.