Гаврилов Э.В., Гридчин А.М., Ряпухин В.Н. Системное проектирование автомобильных дорог (часть I)

Подождите немного. Документ загружается.

диаметром отпечатка колеса (Д). Чем больше расчетная нагрузка, тем больше Р и

Д или одно из них. Как следует из выражения для Е

тр

= Е

общ

с увеличением Р или

Д растет Е

тр

3. Повторяемость приложения расчетной нагрузки. Всем материалам

присуще явление усталости, т.е. по мере увеличения числа приложений нагрузки

наблюдается снижение допустимых напряжений,. Чтобы материал выдержал

больше приложений нагрузки, в материале должны возникать меньше напряжения

и прогибы. Поэтому с увеличением интенсивности движения (повторяемости

приложения нагрузки), чтобы одежда сохранила необходимую прочность, должен

увеличиваться допустимый модуль.

Наблюдения за поведением дорожных одежд под нагрузкой, проводимые во

многих странах мира в том числе в странах СНГ(Россия, Украина) позволили

установить эмпирические зависимости требуемого модуля упругости от

интенсивности движения.

В общем виде

ЕкЕ кАВg М

тдопр

((),=⋅ = ++ −

где к

- коэффициент запаса, зависящий от требуемого уровня надежность;

А и В - параметры, зависящие от типа покрытия нагрузки.

Для усовершенствованных капитальных покрытий А=1055, В=520;

для покрытий облегченного типа А=828, В=525;

для пешеходных покрытий А=600, В=530.

4. Стоимость ремонта покрытия. Для покрытий, имеющих более высокую

стоимость, целесообразно продлить межремонтные сроки. Это влечет за собой

увеличения числа приложения нагрузок и соответственно увеличение

допустимого модуля.

2.4 Согласование параметров среды движения с принципами поведения

водителей и пешеходов

2.4.1 Взаимодействие водителя со средой движения

Эргономическое проектирование дорог базируется на теории взаимодействия

водителя со средой движения. Взаимодействие предполагает действие и

противодействие. Действие среды движения на 90% носит информационный

характер. Основными носителями информации, используемой водителем для

ориентации на проезжей части дороги, являются угловые скорости движения

объектов среды относительно водителя. Изменяя скорость и траекторию

движения автомобиля водитель изменяет угловые скорости движения объектов,

тем самым, противодействуя информационному действию среды. В этом

сущность взаимодействия водителя со средой движения.

В процессе взаимодействия водитель затрачивает психическую и физическую

энергию. Задача эргономического проектирования - уменьшить эти затраты,

помочь водителю реализовывать целенаправленную деятельность оптимальным

образом за счет рационального выбора параметров среды движения, которые

включают в себя как параметры дороги, так и параметры транспортных потоков.

При движении по дороге человек реализует целенаправленную деятельность

посредством автомобиля. Собственные действия человека продолжаются в

функционировании автомобиля, проводятся через него. Поэтому человек и

автомобиль связываются действием. "Таким путем, - отмечал К.Маркс, -

предмет, данный самой природой, становится органом, который он присоединяет

к органам своего тела, удлиняя таким образом, вопреки Библии, естественные

размеры последнего". Кроме того, на дороге действуют такие социальные нормы

поведения, которые могут быть реализованы лишь совместно человеком и

автомобилем. Поэтому человек и автомобиль как связанные между собой

действием материальные единицы образуют единый компонент

функционального уровня. На субъективном уровне данный компонент находит

отражение в понятии "водитель". Поэтому под "водителем" в рассматриваемом

аспекте понимается "человекомашина", т.е. человек с расширенными силовыми и

скоростными возможностями за счет присоединения к своим действиям функций

автомобиля.

Количественные характеристики действий просто человека и водителя

различны. Существенно различие и в совокупности их свойств. Свойства

водителя характеризуются не изолированными признаками человека и

автомобиля (взятыми в отдельности), а представляют собой интегральные

признаки системы "человек - автомобиль". Эргономическое проектирование

дорог предполагает рассмотрение совокупных, системных свойств и качеств

водителя, которые проявляются во взаимодействии с дорогой и находят

отражение в закономерностях движения. Эти закономерности оказываются

подчиненными принципам естественного (неуправляемого извне) поведения

водителя. Поэтому учет системных свойств водителя может быть осуществлен

согласованием параметров среды движения с принципами его поведения.

Основные принципы поведения водителя:

1. Принцип наименьшего взаимодействия. Согласно этому принципу

водитель в любых дорожных условиях стремится организовать свое поведение

таким образом, чтобы при минимальном своем действии обеспечить

максимальную эффективность взаимодействия со средой движения. Данный

принцип проявляется в тенденции водителя освободить свой организм от

напряжений и перегрузок и максимизировать при этом средства к

удовлетворению своих потребностей.

2. Принцип функционального гомеостазиса. Сущность этого принципа

заключается в том, что водитель при достижении поставленной цели удерживает в

допустимых пределах некоторую совокупность управляемых переменных

движения.

3. Принцип совместимости. Согласно этому принципу взаимодействие

водителя со средой допускает целенаправленные действия всех участников

движения, поскольку деятельность водителя социально нормирована.

Основные управляемые переменные движения - скорость и траектория

автомобиля. Именно эти переменные позволяют дать количественную

характеристику степени согласованности параметров среды движения с

принципами естественного поведения водителя.

Пусть

HΣ

- скорость движения, при которой водитель испытывает

минимальное психическое принуждение, его целенаправленная деятельность в

данной дорожной среде реализуется с наименьшими психическими и

физиологическими затратами. При движении с этой скоростью обеспечивается

достаточная эффективность взаимодействия водителя со средой. Эту скорость в

дальнейшем будем называть индивидуальной нормой скорости. Тогда степень

соответствия параметров среды принципу наименьшего взаимодействия может

быть оценена по формуле

= vV

фнΣ

где

- коэффициент соответствия параметров среды движения принципу

наименьшего взаимодействия;

- фактическая (или расчетная) скорость движения, зависящая от

параметров среды.

Пусть далее V

г.н

- социальная (или групповая) норма скорости движения.

Тогда степень соответствия параметров среды движения принципу совместимости

может быть оценена по формуле

нг.нΣ .

где

- коэффициент соответствия параметров среды движения принципу

совместимости.

Параметры среды движения соответствуют указанным принципам при

условии, что ϕ

= 1 и

= 1.

Положим далее, что V

и V

г.п.

- предельно допустимые скорости движения

соответственно для отдельного водителя и группы водителей. Под предельно

допустимыми будем понимать такие скорости, при которых состояние

механизмов приспособления организма водителя (или группы водителей) к

условиям деятельности выходит за пределы нормы. Тогда степень соответствия

параметров среды движения принципу функционального гомеостазиса может

быть оценена по формулам

;

H п

г .н . г .п .

где ϕ

3.1

,ϕ

3.2

- коэффициенты соответствия параметров среды движения

принципу функционального гомеостазиса соответственно отдельного водителя и

группы водителей.

Параметры среды движения соответствуют данному принципу, если

ϕϕ

→→

3.2

Коэффициенты соответствия ϕ

3.1

и ϕ

3.2

показывают насколько велик интервал

допустимых характеристик взаимодействия водителя со средой. Чем уже этот

интервал, а, следовательно, чем больше ϕ

3.1

и ϕ

3.2,

тем более ограничены

возможности водителя по компенсации воздействия среды.

Поскольку ϕ

3.1

и ϕ

3.2

показывают, в каком соотношении находятся нормы

скоростей V

∑н

и V

г.н.

с предельно допустимыми скоростями V

и V

г.п.

, то эти

коэффициенты могут использоваться в качестве весовых при формировании

комплексного показателя соответствия параметров среды движения принципам

естественного поведения водителя. Комплексный показатель соответствия

оценивается по формуле

iiп

++−













∑

ϕϕ ϕϕ

ϕϕ

131 232

31 3 2 3

() ,

при

iп

ϕϕ ϕϕ

ϕϕ

131 232

31 3 2

при

где ϕ

iп

- предельное значение i-того показателя соответствия;

m - число показателей соответствия превышающих предельное значение;

или

vV V V

VV V V

фг.пнп

нг.пг.н . п

з i

пгн

++−













∑

(), ,

при V и V

фн

VV V V

VV VV

фгп н п

нг.пг.нп

пгн

,. при V V

фн

Параметры среды движения соответствуют принципам естественного

поведения водителей при Ф = 1.

Приведение дороги в соответствии принципам поведения водителей

изменяет показатель соответствия на величину

∆

Ф = Ф - Ф

где Ф

, Ф - комплексные показатели соответствия параметров среды

движения принципам естественного поведения водителя до и после

совершенствования дороги.

Эффективность проектных решений оценивается по формуле

E =

∆

где Е - коэффициент эффективности;

К - суммарные затраты на введение согласующих мер.

Потенциальная эффективность с учетом возможностей общества оценивается

по формуле

∆

где Е

- коэффициент потенциальной эффективности;

∆

- потенциальное изменение показателя соответствия;

- максимальные суммарные затраты позволяющие получить эффект в

размере

∆

Коэффициент потенциальной эффективности Е

изменяется в пределах

0 E 1.

≤≤

Преимущества данного показателя - его полнота, наглядность,

сравнительная простота и общность, позволяющие одним числом характеризовать

среду движения в целом или по элементам.

Без правильного понимания смысловых характеристик понятий "норма" и

“норматив” трудно разобраться в проблеме оптимизации трудовой деятельности

водителей за счет рационального подбора параметров среды движения.

В литературе часто смешиваются понятия "норма" и "норматив". Поэтому

необходимо четко определить и разграничить их.

В рассматриваемом аспекте норма - это оптимальный, наиболее

соответствующий определенным условиям и задачам деятельности режим

работы, или оптимальная внешняя загрузка работающего. Под оптимальным

режимом работы, или оптимальной внешней загрузкой, понимается такой

режим, такая загрузка, которые обеспечивают протекание всех психических и

физиологических процессов организма человека с наибольшей слаженностью,

эффективностью.

Норматив - это декретируемый или установленный договорным путем режим

работы, или загрузка работающего. Нормативы часто лишь в какой-то мере

соответствуют объективным нормам. Обычно они регламентируются обществом

по тем или иным причинам в расчете на среднего "стандартного" человека.

Норматив может быть весьма далек от истинных возможностей, потребностей

организма человека, для которых он фиксирует некоторый шаблон.

Эффективность нормативов в значительной степени зависит от того, насколько

они совпадают с нормами, с биологическими и социальными потребностями

человека. Если норматив вкладывается в рамки нормы, то он является

оптимальным, а деятельность человека в таких условиях максимально

эффективна. Если норматив выходит за пределы нормы, то он подвергается

стихийной корректировке. При этом производственный процесс видоизменяется,

либо нарушается, и поэтому подобные нормативы не могут существовать

длительное время и обязательно подвергаются преобразованиям.

Биологические и социальные нормы - важнейшее средство регуляции

поведения человека вообще и поведения водителя на дороге в частности.

Отклонение от нормы формирует потребность, побуждающую к действиям,

направленным на ее удовлетворение. Для количественной характеристики

потребности можно использовать характеристики состояния среды движения или

результатов действий водителя в этой среде. В этом случае количественная

характеристика потребности выражается формулой

П = V

- V

где П - количественная характеристика потребности;

- заданная (нормативная) скорость движения;

- норма скорости движения.

В основе любой потребности лежит физиологическая нужда организма

человека. Ее осознание и наполнение предметным содержанием приводит к

трансформации нужды в потребность. Нужда организма формируется за счет

отклонения жизненно важных констант организма от нормального

(оптимального) уровня. Источник этих отклонений в рассматриваемом аспекте -

воздействие факторов среды движения.

Разнообразие воздействующих на водителя факторов приводит к

формированию у него различных потребностей. Доминирующими в процессе

движения по дороге являются потребности:

в детерминированности взаимодействия со средой движения;

в стохастичности взаимодействия со средой движения;

в стационарности взаимодействия со средой движения.

Количественно каждая из перечисленных потребностей может быть оценена

соответственно по формулам

= V

- V

н1

;

= V

- V

н2

;

= V

- V

н3

где П

, П

- количественные характеристики потребностей

соответственно в детерминированности, стохастичности и стационарности

взаимодействия;

н1

, V

н2

, V

н3

- нормы скоростей движения для соответствующих

потребностей.

Нормы скоростей называют функциональными, поскольку движение с этими

скоростями прекращает действия (функции), направленные на удовлетворение

соответствующих потребностей. При этом потребности обращаются в нуль.

Ранее указывалось, что потребность побуждает водителя к

целенаправленным действиям. Сила побуждения пропорциональна величине

потребности и находится в линейной связи с ней

F = γ П,

где F - побуждающая сила потребности;

γ - коэффициент пропорциональности.

Отражение этой силы в психике позволяет водителю объяснить причи-ны,

побудившие его действовать так или иначе, т.е. мотивировать свои действия.

Поэтому сила потребности одновременно может рассматриваться и как

побудительная сила мотива ( внутренней или внешней причины) действия.

Потребность лежит в основе мотива. Так, потребность в

детерминированности взаимодействия со средой формирует мотив безопасности

движения, потребность в стохастичности взаимодействия формирует мотив

свободы (активности) действий, и потребность в стационарности взаимодействия

формирует мотив выгоды действий.

При движении со скоростью V

н1

обращается в нуль сила мотива

безопасности движения, со скоростью V

н2

- сила мотива свободы (активнос-ти)

действий, со скоростью V

н3

- сила мотива выгоды. Это позволяет

экспериментально оценить функциональные нормы скоростей движения. Однако

прежде всего необходимо найти метод измерения силы. Наиболее простой и

непосредственный - метод измерения силы мотива по величине деформации

эталонной связи. В качестве эталонной можно принять связь между фактической

и заданной скоростями движения. В норме фактическая скорость движения v

равна заданной V

- V

= 0.

При действии силы мотива безопасности движения фактическая скорость

может оказаться меньше заданной. Тогда отрицательное отклонение фактической

скорости от заданной дает количественную оценку силы мотива безопасности

движения, км/ч:

= ∆ V

= V

- V

В свою очередь, мотив свободы действий побуждает водителя превышать

заданную скорость. Тогда

= ∆ V

= V

- V

где F

- сила мотива свободы действий, км/ч.

Экспериментально силу мотива можно оценить по следующей методике.

Водитель получает задание на движение по обследуемому участку дороги с

заданной скоростью (10,20,30,40, ... км/ч). В процессе движения непрерывно

регистрируют фактическую скорость. По результатам опытов рассчитывают

средние величины положительных и отрицательных отклонений фактической

скорости от заданной для каждой из заданных скоростей.

Эти отклонения принимают за силы действующих мотивов. Затем строят

графики зависимости величин отклонений от заданной скорости движения (рис

2.16).

Рисунок 2.16 - Связь деформаций эталонной связи с заданной скоростью.

Точка пересечения графика связи ∆ V

= f ( V

) c осью абсцисс дает

функциональную норму скорости движения V

н2

для мотива свободы действий.

В свою очередь, точка пересечения графика связи ∆ V

f ( V

) дает функциональную норму скорости движения V

н1

для мотива

безопасности движения. Тангенсы углов

αα

есть коэффициенты

пропорциональности

γγ

между мотивационными силами и лежащими в их

основе потребностями. Эти коэффициенты можно назвать жесткостью связи

мотивационной силы с потребностью или жесткостью соответствующей

функциональной нормы и определить как

γ =

dП

Мотивационные силы принуждают водителя к целенаправленным действиям

для установления равенства между фактической скоростью и соответствующей

функциональной нормой скорости. При этом удовлетворяется потребность,

лежащая в основе мотива. Если потребности противоречивы, т.е. для их

удовлетворения необходимы противоположные действия (тормозить или ускорять

движение), то они удовлетворяются по скользящему режиму. Скользящий режим

- это частое переключение с одной потребности на другую. В каждый момент

времени потребность, которую необходимо удовлетворять, выбирают в

соответствии с формулой

sign F v v(

11 2

−

F),

где sign - знак выбора;

, F

- сила мотива соответственно безопасности движения и свободы

действий;

- возможная скорость удовлетворения потребности соответственно

в детерминированности и в стохастичности взаимодействия со средой;

числено равна максимально возможному отрицательному ускорению в

данной ситуации,

- положительному.

В соответствии с формулой выбора при F

> F

водитель удов-

летворяет потребность в детерминированности взаимодействия, его действия

побуждаются мотивом безопасности движения, при F

> F

удовлетворяется потребность в стохастичности взаимодействия , действия

побуждаются мотивом свободы действий.

Перечисленные потребности и мотивы являются доминирующими в процессе

движения по дороге. Возможно формирование и других потребностей, а

следовательно, и других мотивов поведения. Вся совокупность действующих

мотивов формирует систему мотивации поведения, которая может

рассматриваться как суммативная. Для суммативных систем характерно, что

устранение части их элементов не приводит к разрушению системы в целом. В

таких системах норма есть среднее взвешенное по множеству функциональных

норм

н ii

∑

где V

∑н

- суммативная норма скорости для мотивации действий водителя;

m - число действующих мотивов;

нi

- функциональная норма по i-му мотиву;

- жесткость нормы V

нi

При движении со скоростью V

= V

∑н

водитель испытывает минимальное

психическое принуждение, возникающее за счет мотивационных сил.

Величину принуждения можно определить как потенциал мотивации

действий

= U

i=1

∑

где U

- потенциал i-й мотивационной силы,

U dП

н i

= F

∫

При действии мотивов безопасности и свободы действий

UVV VV

нн

=−+−

γγ()().

Минимизация психического принуждения при V

= V

∑н

является следствием

реализации принципа наименьшего взаимодействия, который в вариационной

форме записывается так:

U V

() min.=

∑

Поскольку потребности водителя формируются за счет действия факторов

среды движения, то и функциональные нормы скоростей зависят от всех

факторов. Так, функциональная норма скорости для мотива безопасности

движения V , является функцией максимальной энтропии поля восприятия

водителя:

а) в свободном движении

= V

, при H

< 36,

[]

VV H

Н H

H2 H2 mо

mk mo

mк mo

=+ −

−













≤+ −

=>+−

при 36< H ,

V при H

н 1mо

,()

();

б) движение в транспортном потоке

[]

VV HH

H Н H

H2 H2 mv mo

mк mо

mo mo mк mo1

1=+ −

−

≤< + −(, ()) при HH ,