Шестикутна система доріг і управління її трафіком

1. Шестикутна дорожня система території міста, до складу якої входять: сукупність перехресть, кожне з яких сполучене з трьома сусідніми перехрестями однаковим чином у різних напрямках за допомогою відповідних секцій внутрішніх блокових доріг, які є наземними, однорівневими і двосторонніми і які ділять міську територію на сукупність блоків; сукупність ортогональних доріг, які утворені сполученням відповідних центральних частин сусідніх блоків один з одним і які перетинають відповідні секції вказаних внутрішніх блокових доріг; сукупність кругових доріг, розміщених попарно через відповідні інтервали, які перетинають кожну вказану ортогональну дорогу всередині кожного вказаного блока; і C2 2 95102 1 3 систему повного управління трафіком, коли до складу системи входить, наприклад, 12 ліній трафіку і 4 двонаправлених пішохідних переходи. Тим часом природа дотримується форми кола (у двох вимірах) і форми сфери (у трьох вимірах). Але не існує досконалої форми кола і сфери через те, що існує дія зовнішніх сил. В природі існують форми (сніжинки і бджолині соти), які містять у собі багато шестикутних чарунок. Найбільш схожою на однакові кола є мережа з правильних шестикутників, як бджолині соти. Результатом трансформації є утворення і стискання проміжка між взаємообмеженими колами під дією зовнішніх сил. Технологічним змістом цього винаходу є застосування шестикутної структури мережі, створеної природою, в ефективній організації простору міст. Коли люди рухаються по лініях штучних багатокутників, що перетинаються, завжди існують неефективні відрізки часу і простору, які зменшують ефективність руху. З цієї точки зору втрачені час і простір, необхідні для здійснення руху, і які не є оптимальними для фізичного переміщення людей, називаються, відповідно, неефективним часом і неефективним простором. Основною ідеєю цього винаходу є запропонувати технічні рішення шляхом кількісного аналізу цього неефективного часу і простору у двох різних типах планування міських доріжних систем, запропонованого нижче. Типову доріжну мережу, сконфігуровану і об'єднану в чотирикутну мережеву структуру, назвемо чотирикутною доріжною системою, і, аналогічно, іншу назвемо шестикутною доріжною системою. Відповідно, два різних типи міст назвемо тетрамісто і гекса-місто, в яких застосована одна з доріжних систем, вказаних вище, цей винахід пропонує рішення трьох головних проблем. Перша: запропонувати спосіб зменшення неефективного простору в містах шляхом оновлення структури дорожних мереж. Друга: запропонувати спосіб зменшення неефективного часу в містах шляхом оновлення структури дорожних мереж. Третя: Розробити технічну базу для отримання економічного і політичного обґрунтування і оптимізації державного планування міст стосовно повного оновлення міського простору, включаючи загальні підземні і наземні споруди, згідно з реконструкцією доріг. У всьому місті або в його частинах, до яких застосовують цей винахід, дорожну мережу будують і об'єднують в мережеву структуру у вигляді шестикутної сітки, як бджолині соти. Всередині кожного шестикутного блоку (надалі - блок), оточеного міжблоковими дорогами, які утворюють дорожну мережу, вказану вище, розміщені внутрішні блокові дороги та інші архітектурні споруди. Групу внутрішніх блокових доріг, вказаних вище, утворюють ортогональні дороги, кругові дороги та інші локальні дороги. Простір, поділений внутрішніми блоковими дорогами, прилягає до будівель або споруд, відповідно до топографічних або географічних властивостей блоку, а дороги біля них сполучені з від 95102 4 повідними круговими дорогами. Центральна частина блоку може бути передбачена для торговельних комплексів, парків, шкіл, бібліотек або інших споруд загального користування. Як показано на фіг. 1 кожна ортогональна дорога 104 сполучає центральну частину блоку 106 з центральними частинами сусідніх блоків і перетинає відповідні внутрішні блокові дороги 102. Кругові дороги (не показані блоку прокладені з певним інтервалом одна від одної і перетинають відповідні ортогональні дороги того ж блоку. Кожен пішохідний перехід гекса-міста на внутрішніх блокових дорогах можна обладнати серединним острівцем безпеки для пішоходів (див. фіг.5). Лінії підземної залізниці (108) прокладені під ортогональними дорогами з можливістю входу двох різних ліній на паралельні лінії платформ на станції. Станції для них споруджені під центральною частиною або під деякими перетинами перехресть, (див. фіг.1). Тетра-місто ділитьдорожні смуги руху на три напрямки: наліво, прямо і направо., а гекса-місто ділить їх на два напрями: наліво і направо. Таким чином, кількості смуг руху двох типів міст мають співвідношення 3:2 або 3/2. Раціональне розміщення дорожніх смуг руху є ключовим в організації руху транспорту в традиційному тетра-місті. Згідно визначень, структур і стандартів для міських споруд (постанова #414 міністерства будівництва і транспорту Республіки Корея)вимоги статті стосовно доріг такі. Стаття 9-2. Вид дороги по ширині А Широка дорога : ширина 40 м або більше, 12 або більше смуг В Велика дорога: ширина 25м або більше, 8 або більше смуг С середня дорога: ширина 12м або більше, 4 або більше смуг D мала дорога: інше Стаття 9-3. Функціональний ступінь дороги Головна, допоміжна головна, колекторна, місцева і т.п. Стаття 10. Дистанція розміщення для ступеня дороги Вниз згідно ступеня: 1000, 500, 250, 125, 60, 25 м. Стаття 11. Дорожний коефіцієнт згідно зони, встановлюється по запиту 1. Резидентна зона : 20-30%, включаючи 1015% головної дороги 2. Комерційна зона : 25-35%, включаючи 1015% головної дороги Широко відомо, що дорожній коефіцієнт пов'язаний з транспортним потоком щодо використання землі. Але головна проблема дорожного коефіцієнта тетра-міста полягає у неможливості визначення структурного ліміта, який потребує смуг зі співвідношенням 3:2, навіть при простому порівнянні з гекса-містом. Одначе, значення верхнього ліміту дорожних коефіцієнтів, вказаних вище, які мінімізують перевантаження доріг тетра-міста, вказані тут для аналізу дорожних коефіцієнтів двох різних міст. 5 Припускається, що критерій дорожного коефіцієнта тетра-міста дорівнює 32,5%, що є середнім арифметичним значенням двох верхніх лімітів дорожного коефіцієнта найбільш перевантажених зон, обидва є головною метою застосування цього винаходу. Присвоєне значення дорожних коефіцієнтів головним, допоміжним головним і внутрішнім блоковим дорогам відповдно становлять 12%, 8% і 12,5% (в сумі складають 32,5%). Вказані вище значення визначені за допомогою детального аналізу відповідного регулювання стану чотирикутної дорожної системи. (Сума дорожних коефіцієнтів головних доріг округлена до 20%, хоч розрахункове значення становить 20,28%). Встановлення дорожного коефіцієнта тетраміста еквівалентне припущенню, що однакове розширення чотирьох сторін чотирикутного блоку з нульовою шириною дороги (немає дорожної зони) встановлює як зовнішню область, так і частину дорожного коефіцієнта. В кожному числовому виразі, наведеному нижче, N означає квадратний корінь з N, а {вираз} означає квадратний корінь з виразу. {100/(100-32,5)}×100%=121,7% Якщо коефіцієнт довжини сторони визначити як відношення довжин сторін двох різних правильних многокутних блоків з однаковою ефективною площею, то відношення довжини сторони тетраміста до довжини сторони гекса-міста становить 3 (приблизно 1,732). Довжина сторони 540 м тетра-міста відповідає довжині сторони приблизно 312 м гекса-міста. Діаметр вписаного кола в кожний блок в цьому прикладі дорівнює 540 м (див. фіг.3 і фіг.4). Крім того, припускаючи, що ширина дороги пропорційна дистанції розміщення, як вказано в Статті 10, належна кількість дорожних смуг для відповідного ступеня дороги вказана нижче. Дистанція розміщення (м): 1000, 500, 250,125, 60, 25 (крок зменшення ½) Ступінь (смуги): 12,10, 8, б, 4, 2 (крок зменшення ½) Коефіцієнт головних доріг пропорційний ширині дороги і периметру блоку, а ширина дороги пропорційна кількості смуг і ступенюдороги згідно довжини сторони блока. Одначе, співвідношення головних доріг гекса-міста до тетра-міста може бути записане так: Коефіцієнт головних доріг тетра-міста × коефіцієнт ширини дороги (L/R коефіцієнт смуг × G/Rкоефіцієнт ступеня) × P/R коефіцієнт периметру, що дорівнює: 20%×(2/3)×((8+((10-8)×(289-250)/(500250)))/10)×(6×(1/3)/4)=9,6% L/R G/R P/R Для оптимальної структури гекса-міста смуги кожної внутрішньої блокової дороги можуть мати тільки два напрями з трьох: прямо або направо, без напрямку наліво. Таким чином, коефіцієнт внутрішньої блокової дороги гекса-міста може бути записаний так: коефіцієнт внутрішньої блокової дороги × коефіцієнт смуги × коефіцієнт периметру, тобто 12,5×(2/3)× (6×(1/3)/4)=7,2% 95102 6 Остаточно коефіцієнт сторін, визначений як сума 16,% коефіцієнта дороги гекса-міста, може бути розрахований так: {100/(100-16,8)}×100%=109,6% Вказані вище припущення застосовуємо наступної пропозиції 1. Пропозиція 1. Відпові дні площі круга діаметром 2 (в будь-яких одиницях), правильного шестикутника і правильного чотирикутника, які описані навколо кола, дорівнюють 3.14(=π×1×1), 3.46(=23) і 4. Потім вираховуються наступні значення. Пропорційна площа тетра-міста, включаючи дороги: 4×(1,217×1,217)=5,92 Пропорційна площа гекса-міста, включаючи дороги: 3,46×(1,096×1,096)=4,16 Відношення площі тетра-міста до гекса-міста: 5,92/4,16=1,42 Коефіцієнт неефективності площі тетра-міста: (5,92-3,14)/3,14×100%=89% Коефіцієнт неефективності площі гекса-міста: (4,16-3,14)/3,14×100%=32% Відношення коефіцієнтів неефективності площі тетра-міста і гекса-міста: 89/32=2,78 Пропорційна площа доріг тетра-міста: 5,924=1,92 Пропорційна площа доріг гекса-міста: 4,163,46=0,70 Відношення пропорційних площ тетра-міста і гекса-міста: 1,92/0,70=2,74 Таким чином, тетра-місто порівняно з гексамістом має неефективний простір, конструктивні площі і площу доріг відповідно 2,78 (обернена величина становить 36%), 1,43 (обернена величина становить 70%) і 2,74 (обернена величина становить 36,4%). Автомобілі і пішоходи тетра-міста перетинають кути чотирикутника, що є причиною непрогнозованих контактів автомобілів і перехожих. Ще більшою проблемою є те, що неефективний простір, перетворюється на темні задвірки, що прискорює зростання міських нетрів. Наступне, щoб порівняти середнє значення розміру (довжини) доріг між двома містами, розглянемо пропозицію 2. Пропозиція 2. Відповідні периметри кола діаметром 2 (в будь-яких одиницях), правильного шестикутника і правильного чотирикутника, які описані навколо кола, дорівнюють 6,28(=2π), 6,93(=123) і 8. Також проведемо такі розрахунки: Коефіцієнт розміру дороги тетра-міста: 8 × 1,217=9,74 Коефіцієнт розміру дороги гекса-міста: 6,93 × 1,096=7,60 Одначе, автомобілі в тетра-місті здійснюють об'їзд по довгих дорогах з коефіцієнтом приблизно 1,28 (обернена величина становить 78,1%) відносно гекса-міста. На перехресті чотирьох доріг тетра-міста система управління рухом обробляє 12 транспортних ліній, 3 напрями (наліво/прямо/направо) на кожну дорогу в сигнальному циклі. А на перехресті трьох доріг гекса-міста вона обробляє 6 транспортних 7 ліній, 2 напрями (наліво/направо) на кожну дорогу в сигнальному циклі. Оскільки відношення транспортних ліній становить 12:6, а відношення необхідної кількості смуг на дорогу становить 2:1, часто смуги для повороту направо ігноруються, тетра-місто потребує в 4 рази довшого сигнального циклу, ніж гексамісто. Оптимальним рішенням для системи управління рухом транспорту є рішення, яке дозволяє групі автомобілів проїжджати послідовні перехрестя без зупинки, незважаючи на відстань і напрям, в дорожній мережі під управлінням уніфікованих органів управління. Хоч оптимального рішення для системи управління транспортом для тетра-міста не існує, існує рішення для гекса-міста, яке має еквівалентно симетричну дорожну мережу. За наявності наступних попередніх умов цей винахід доводить існування оптимального рішення для унітарної шестикутної дорожної мережі (надалі - дорожної мережі) під управлінням уніфікованої системи управління транспортом гекса-міста. Секція - це сегмент внутрішньої блокової дороги між двома сусідніми перехрестями З доріг. Умова 1. Кожна внутрішня блокова дорога (або сторона дороги) дорожної мережі має, щонайменше, 2 смуги, і на кожному перехресті є 3 різних внутрішніх блокові дороги. Умова 2. Кожне перехрестя, за винятком країв або граничних областей дорожної мережі, сполучені з трьома сусідніми перехрестями за допомогою вказаних вище внутрішніх блокових доріг. Умова 3. Маршрут автомобіля до віддаленої точки включає альтернативні повороти наліво і направо на кожному перехресті. Умова 4. Для зміни або покращення напряму вказаного маршруту можуть бути вибрані тільки повороти за пунктом 3. Умова 5. Сигнальні цикли на кожному перехресті дорожної мережі однакові, і 1 сигнальний цикл складається з 3 сигнальних циклів. Умова 6. Дозволена швидкість для автомобілів і тривалість сигнального циклу встановлені так, що дозволяють перекрити 2 секції за один сигнальний цикл. Умова 7. Кожен пішохідний перехід може бути обладнаний острівцем безпеки для пішоходів. З урахуванням вказаних вище семи умов проїзд двох секцій під час сигнального циклу заставляє автомобілі повторювати однакові умови транспортного руху. Проїзд двох секцій за один сигнальний цикл еквівалентний проїзду 2/3 секції за один сигнальний цикл. Порядок повороту наліво для кожної транспортної лінії на перехресті відповідає кількості транспортних ліній, проти годинникової стрілки (див. фіг.5). Хоч кожному перехресті об'єднані три різних дороги, пара транспортних ліній, які виходять на іншу сторону перехрестя мають ту ж саму кількість транспортних ліній (див. фіг 6). Шестикутна дорожна мережа відрізняється від чотирикутної дорожної мережі, кожна з 6 транспортних ліній ексклюзивно займає свою власну смугу (або смуги) на перехресті (див. фіг.6). 95102 8 Унікальний спосіб оптимального управління транспортним потоком полягає в наступному. Окремими групами з трьох пар транспортних ліній автомобілі з кожної пари транспортних ліній одночасно проходять повні перехрестя унітарної дорожної мережі з поворотом наліво під час сигнального циклу (див. фіг.7). Три перехрестя, прилеглі до перехрестя, яке зайняте транспортною лінією з лівим поворотом, зайняті також зворотною транспортною лінією тієї ж пари. Навпаки, автомобілі інших пар транспортних ліній рухаються по інших дорогах або проїжджають перехрестя з поворотом направо (див. фіг.7). З вказаною вище системою сигналів синхронізації в унітарній дорожній мережі для групи автомобілів є можливим проїзд альтернативний перехресть без зупинки під час сигнального циклу. Переваги Безперервне розширення доріг у звичайних тетра-містах викликане тим, що пропускну здатність доріг розраховують на випадок перевантаження перехресть. Збільшення транспортних смуг спонукає водіїв обирати одну зі смуг. Одначе, зазвичай, водії неумисно обирають середні смуги. Через це призначення більшої кількості середніх смуг призводить до нестачі лівих обо правих смуг, що викликає іншу транспортну проблему. Коли на перехресті вмикається сигнал світлофора, відбувається зміна смуг між автомобілями з інших напрямків і призводить до помилкового циклу накопичувального перевантаження перехрестя. Потрійні перехрестя гекса-міста не тільки виключають всі небажані елементи тетра-міста, а і покращують ефективність трафіка шляхом зменшення тривалості сигнального цикла приблизно до 1 хвилини з 3 хвилин для звичайних перехресть. Водії при проїзді перехрестя можуть вибрати потрібну смугу і з широким обзором, зробити більш плавний поворот приблизно на 60 градусів, що забезпечує майже постійну швидкість, без зниження швидкості при русі в повороті. Крім того, пішоходи можуть безпечно перетинати дороги в достатній період часу, довший ніж половина сигнального циклу без перешкоди з боку автомобілів. Симетрично розміщені шестисторонні, рівномірно направлені у шість напрямків внутрішні блочні дороги заставляють автомобілі спонтанно розосереджуватись, і перевантаження може бути поглинуте в кожному блоці шляхом надання найбільш засоби з найбільшою пропускною здатністю центру. Оскільки автомобілі іноді мають зупинятись і паркуватись на внутрішніх блокових дорогах, розриви між автомобілями значно зменшуються. Два віддалених місця шестикутної дорожної мережі можуть бути сполучені по мінімальній геометричній відстані порівняно з іншими дорожними мережами, і автомобілі на дорозі можуть перетинати послідовні перехрестя без ввімкнених стопсигналів за допомогою системи управління сигналом синхронізації. Таким чином, гекса-міста виключають необхідність об'їзних шляхів, які викликають нові про 9 блеми з трафіком, такі як затори навколо їх прилягання і транспортних розв’язок. Коли дві різні лінії підземної залізниці прокладені уздовж ортогональних доріг можуть проходити паралельно платформі станції, пасажири можуть перейти на ту ж платформу. Поточна кривизна доріг і ліній залізниці зменшує втрати і споживання енергії завдяки зменшенню зміни-швидкості транспортних засобів. Зменшення часу поїздки і частоти зупинок транспортних засобів підвищує ефективність трафіка і, відповідно, період експлуатації транспортних засобів і доріг зростає , в результаті значно зменшується забруднення навколишнього середовища. Всі шестикутні блоки гекса-міст мають шість проникаючих ортогональних доріг, які забезпечують кращу атмосферну циркуляцію. Шестикутні блоки і дороги легко адаптувати до не прямокутних, кривих меж міста, що робить їх ідеальними для зручної організації навколишнього середовища, значно зменшуючи об'єм будівельних робіт прямолінійних доріг. Гекса-місто замінює звичайне планування міст з безрезультатними спробами розв'язати перевантаження трафіку за допомогою збільшення коефіцієнта доріг за допомогою розширення доріг. Гекса-місто значно знижує кількість земельної площі, які "витрачаються на неефективний час і простір тетра-міст. Крім того, цей винахід направить людську активність перехід від широких доріг, які відходять від центра до центральних площ орієнтованих на внутрішню концентрацію, і таким чином людство безперервно продовжить розвиток культури. Короткий опис рисунків На фіг. 1 показана базова концепціяцього винаходу. Показаний кожний шестикутний блок, поділений і оточений внутрішніми блоковими дорогами, ортогональні дороги показані суцільними лініями, а сабвеї показані подвійними (заштрихованими) лініями. Кругові дороги і розміщення будівель для спрощення не показані. Ортогональні дороги не перетинаються в центрі кожного блоку, але вони показані для розуміння концепції. На фіг.2 показаний приклад міста згідно цього винаходу. Він показує, що ширина доріг і розміри блоків в разі необхідності можуть бути збільшені, зменшені або змінені. На фіг.3 і фіг.4 показано, що кожна сторона многокутного блока однаково збільшується тим більше назовні, чим більша частина відношення блокової дороги. На фіг.5 показане потрійне перехрестя внутрішніх блокових доріг і порядок поворота наліво між трьома транспортними лініями (позначеними 1, 2 і 3, відповідно). На фіг.6 показане повернуте положення дороги, зайнятої виключно трьома парами транспортних ліній перед проїздом кожного перехрестя. На фіг.6 показаний стан доріг, коли пройшло ¾ сигнального циклу після повороту наліво транспортної лінії 1. Кожен трикутник представляє потрійне перехрестя, а мале коло представляє пішохідний перехід з ввімкненим сигналом переходу. 95102 10 Позначення на рисунках наступні. 102: внутрішня блокова дорога 104: ортогональна дорога 106: цикл-блок 108: підземна залізниця 500: перехрестя 502: пішохідний перехід 504: острівець безпеки 506: світлофор Кращий варіант реалізації винаходу Середній розмір блоків гекса-міста може бути визначений згідно з масштабом міської площі і ступеня перевантаження міста. За умови, що у внутрішній блоковій дорозі кожна секція має довжину 450 м, і швидкість транспортного засобу дорівнює 50-70 км/год., необхідно приблизно 60 с, щоб проїхати дві секції довжиною 900 м. Таким чином, сигнальний цикл становить 60 с, поділені на три, тобто 20 с. Оскільки група транспортних засобів перетинає потрійне перехрестя під час одного сигнального циклу з середньою швидкістю 60 км/год., не зустрічаючи сигналів зупинки, вона проїжджає приблизно 300 м, можна оцінити об'єм трафіка на перехрестя гекса-міста. З іншого боку, оскільки транспортні засоби з двох транспортних ліній, які конкурують за смуги дороги, завжди віддалені одна від одної більше, ніж на ½ сигнального циклу, транспортні засоби транспортної лінії можуть зайняти всі смуги в часовому інтервалі до і після перетину перехрестя. Система управління трафіком гекса-міста повинна ґрунтуватись на основі цих висновків (див. фіг.7). Під час повороту наліво кожної транспортної лінії дороги сигнали, які дозволяють перехід двох сусідніх пішохідних переходів з другого боку дороги включені, і пішоходи можуть переходити дорогу, по черзі половини дороги одну за одною через острівець безпеки за достатній проміжок часу: 2 безперервних сигнальних циклів в сигнальному циклі. Час очікування пішоходів на острівці безпеки становить 0-0,5 сигнальних циклів, залежно від напрямку переходу. Транспортні засоби, які очікують на U-поворот або виїжджають з блоку можуть продовжувати свій шлях під час 1,5 сигнальних циклів. Розміщення і розміри зони для U-повороту можна встановити виходячи з того факту, що транспортні засоби, які рухаються по внутрішній блоковій дорозі поступово зникають з центру на обох сторонах секції під час одного сигнального циклу. В той же час, транспортні засоби на ортогональній дорозі, які очікують, щоб перетнути внутрішню блокову дорогу, можуть рухатись по мірі того, як пішоходи переходять на протилежний блок під час 1,5 сигнальних циклів. Варіант винаходу Описання є прикладом, який пояснює технологічні принципи цього винаходу, можливі різні модифікації властивостей цього винаходу. Таким чином, наведений приклад цього винаходу призначений для пояснення технологічних принципів, а не для обмеження. Захисні рамки цього винаходу слід розглядати як такі, що включають всі еквівалентні технічні концепції. 11 Можливість застосування Підвищуючи ефективність використання земельних ділянок гекса-місто може зекономити приблизно 30% площі порівняно з тетра-містом з такою ж ефективною площею. Концепція гекса-міста може бути реалізована як в нових містах, що будуються, так і в існуючих тетра-містах шляхом довготермінових, районних реконструкцій або часткової реструктуризації існуючих дорожних мереж. Як і тетра-місто, гекса-місто також має прямі дороги в якості ортогональних доріг, які перетинають внутрішні блокові дороги і сполучають центральні частини сусідніх блоків (див. фіг.1). Пошуком на карті міста районів, які можуть бути перетворені в потрійні перехрестя за допомогою суміщення паралельних доріг тетра-міста і ортогональних доріг від 95102 12 повідного напрямку, може бути розроблений план перетворення в гекса-місто з мінімальними конструктивними переробками. За допомогою такого перетворення можуть бути досягнуті наступні інновації в плануванні і розвитку міста. Перше: Можлива зміна зон для перетворення існуючих широких доріг в нові розроблені серії міських районів згідно з плануванням міста. Друге: Можлива корекція розвитку міста знизу вгору за рахунок переростання слабо розвинутих тильних районів в центральні місця потрійних перехресть. Третє: Можливе перетворення додаткових районів, створених за рахунок зменшення неефективних районів, в екологічні і економічні. 13 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 95102 Підписне 14 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601