Влияние погодно-климатических факторов на принятие решений при проектировании автомобильных дорог

1. ВВЕДЕНИЕ 

Рост интенсивности  движения на современных автомобильных  дорогах приводит к необходимости  повышения требований к основным транспортно-эксплуатационным показателям (ТЭП): обеспеченной скорости, непрерывности  и безопасности движения. Обеспечение  этих требований особенно актуально  в зимний период, когда под воздействием погодных факторов ухудшаются сцепные  качества дорожного покрытия. По данным экспертов, погодно-климатические факторы  занимают третье место среди основных составляющих экономической безопасности России (после технико-технологической  и финансовой) [1]. Высокая аварийность  является серьезной проблемой для  дорог России, на которых ежегодно в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) погибает около 30 тыс. человек. Несмотря на то, что количество ДТП в зимний период уменьшается по сравнение  с летним, одна из основных причин их возникновения при неблагоприятных  дорожных условиях - низкие сцепные  качества покрытия [2]. Эти данные подтверждают актуальность и необходимость решения  проблемы повышения ТЭП автомобильных  дорог в сложных погодных условиях.

Для сокращения времени нахождения дорожных покрытий в условиях зимней скользкости и  повышения безопасности движения в  зимний период современные нормативные  документы [3, 4] ограничивают время на ликвидацию зимней скользкости и  снежных отложений. Как показывают расчеты, при существующих технологиях  работ по зимнему содержанию дорог  для соблюдения требований государственного стандарта [4] необходимо увеличение ресурсов - дорожной техники и противогололедных  материалов. Однако путь интенсивного развития дорожного хозяйства России для поддержания требуемого уровня зимнего содержания дорог при  нынешнем состоянии экономики государства  невозможен. Ужесточение экологических  требований заставляет искать пути снижения количества противогололедных материалов, используемых для борьбы с зимней скользкостью, объемы ежегодного поступления  которых в почву и водные объекты  придорожных территорий доставляют более 300 тыс. т [5].

Федеральная целевая  программа развития автомобильных  дорог до 2010 г. среди основных направлений  дорожной политики предусматривает  развитие международных транспортных коридоров и их интеграцию в Европейскую  систему автомобильных дорог [6], что требует определенного уровня сервиса для пользователей дорог  и вложения значительных финансовых средств в повышение потребительских  свойств автомобильных дорог, особенно в сложных погодных условиях.

Решение задач, указанных в программе, возможно путем совершенствования системы  оперативного управления работами по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных  дорогах и развития систем погодного  мониторинга. Это позволит перейти  от существующих в России технологий ликвидации зимней скользкости к  профилактике ее образования, что обеспечит  снижение затрат на содержание дорог  и повышение безопасности движения в зимний период. 

Совершенствование оперативного управления зимним содержанием  дорог за рубежом идет по пути развития интеллектуальных транспортных систем (ITS), составной частью которых является подсистема погодного мониторинга. Информация, получаемая в данной подсистеме, позволяет выбирать оптимальные  стратегии работ по зимнему содержанию дорог и проводить профилактические работы с целью недопущения образования  скользкости на дорожном покрытии. Необходимости решения задач  совершенствования специализированного  метеорологического обеспечения для  управления работами по зимнему содержанию дорог определяется рядом причин:

• ужесточением требований к уровню содержания дорог;

• развитием  и совершенствованием техники для  зимнего содержания дорог, позволяющей  более точно дозировать противогололедные  материалы при их распределении;

• необходимостью перехода на более «гибкие» технологий содержания из-за ограниченных финансовых средств и экологических требований;

• внедрением современных  технических средств для сбора, передачи и обработки оперативной  информации о погодных параметрах в  зоне прохождения дороги и состоянии  дорожного покрытия;

• все более  широким внедрением информационные технологий в процессы управления содержанием  дорог.

В настоящее  время управление процессами зимнего  содержания автомобильных дорог  в России является одной из самых  сложных задач службы эксплуатации. Россия имеет огромную территорию, регионы, различающиеся по погодно-климатическим  условиям зимнего периода, недостаточно развитые информационные ресурсы и  связь, отсутствие специализированного  дорожного метеорологического обеспечения.

На сегодняшний  день в России имеется некоторый  практический опыт оперативного управления, основанный на использовании информации автоматических дорожных метеостанции (АДМС). При развитии систем погодного  мониторинга их организаторы идут вперед методом проб и ошибок или пытаются применять зарубежный практический опыт с учетом специфических особенностей России. Однако управление работами по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных  дорогах и их оптимизация в  зависимости от сложившихся или  прогнозируемых погодных условий должны основываться на научных рекомендациях, так как в современных условиях невозможно решать сложные задачи управления, опираясь только на здравый смысл  и на тот практический опыт, которого недостаточно для обобщения и  тиражирования. Недопустимо также  принятие волевого решения на основе успешного зарубежного опыта, которое  предварительно не просчитано и не обосновано.

2. ОПЕРАТИВНОЕ  УПРАВЛЕНИЕ РАБОТАМИ ПО ЗИМНЕМУ  СОДЕРЖАНИЮ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

2.1. АНАЛИЗ ОБЩЕГО  СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПЕРАТИВНОГО  УПРАВЛЕНИЯ ЗИМНИМ СОДЕРЖАНИЕМ  АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 

Вопросы управления содержанием дорог начали рассматриваться  уже в первых работах и нормативных  документах, посвященных эксплуатации автомобильных дорог. Особое внимание в них уделялось совершенствованию  структуры органов управления и  подразделений, проводящих работы по содержанию, классификации работ. До определенного  времени зимнее содержание дорог  не выделялось в отдельное направление, и только в 80-е годы прошлого века оно было выделено из общей номенклатуры работ по содержанию [7, 8].

Большое количество работ и исследований касались, в  основном, разработки методов определения  затрат и ресурсов на зимнее содержание дорог и могут быть отнесены к  стратегическому управлению [7, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. И в настоящее время  остается актуальным решение этих задач  на основе более детального учета  погодно-климатических особенностей отдельных регионов России [15].

Современный период развития и функционирования дорожного  хозяйства в России характеризуется  высокими требованиями к уровню транспортно-эксплуатационных показателей (ТЭП), которые обосновываются с позиций потребителей дорог  и безопасности движения, для достижения которых разрабатываются системы  управления эксплуатационным состоянием, позволяющие поддерживать определенный уровень качества дороги [16].

Задачи управления содержанием автомобильных дорог  до настоящего времени имели различную  постановку и, соответственно, различные  методы решения. Однако их объединяет то, что практически все известные  исследования, посвященные управлению содержанием дорог, рассматривают  в качестве объекта управления ремонтные  работы. При этом рассматриваются  нормативные требования к состоянию  дорог, оценка и прогнозирование  объекта управления [17, 18], технические  средства сбора необходимой информации [19, 20], совершенствование информационной подсистемы [21, 22]. Вся необходимая  для управления информация формируется  и обновляется в ходе диагностики  дорог [23]. Она представлена в полном объеме в автоматизированном банке  дорожных данных (АБДЦ), с помощью  которого решаются задачи планирования и финансирования работ по ремонту  и содержанию дорог. В связи с  таким подходом принципы эффективности  управления для дорожного хозяйства  в целом сформулированы как достижение цели управления ценой максимальной экономии ресурсов. Этот показатель принят в качестве обязательного критерия для оценки деятельности работы дорожных организаций [24].

Однако при  решении задач зимнего содержания дорог наряду с экономическими критериями рассматриваются безопасность движения, соблюдение интересов пользователей  дорог [6] и экологические показатели [5, 25], что закреплено в соответствующих  документах [3, 4]. Наличие двух противоречивых критериев при решении задач  организационного плана требует  совершенствования системы оперативного управления содержанием дорог. 

Зимнее содержание автомобильных дорог занимает особое место и отличается значительной сложностью, которая обусловлена  неопределенностью воздействия  погодных факторов и резким, иногда внезапным снижением ТЭП при  образовании зимней скользкости  на всем протяжении дороги или на отдельном  ее участке. Задачи оперативного управления зимним содержанием дорог решаются для участков дорог большой протяженности  на временном интервале, ограниченном несколькими часами. На ликвидацию последствий неблагоприятных погодных условий отводится незначительный временной период, который, независимо от технической оснащенности дорожной организации и сложности погодных условий, определяется только значимостью  дороги и интенсивностью движения [3, 4]. Эффективность расходования ресурсов при зимнем содержании дорог будет  определяться тем, насколько адекватно  погодным условиям выбрана технология проведения работ. Этот выбор осложняется  неопределенностью воздействия  метеорологических факторов.

Опыт зимнего  содержания дорог за рубежом показывает, что соблюдение требований стандартов возможно при выборе оптимальных  стратегий работ и использовании  не только технологий ликвидации зимней скользкости, но и технологий профилактики ее образования. Для этого сбор погодной и дорожной информации, ее обработка, прогнозирование состояния дорожного  покрытия и принятие решения о  выборе технологии работ производятся практически в режиме реального  времени. За последние два десятилетия  накопился большой практический опыт решения таких задач за рубежом.

В Европейских  странах [25, 26, 27, 28, 29, 30, 31] и в США [32, 33] необходимость решения задач  оперативного управления зимним содержанием  дорог определяется такими аспектами, как:

• непрерывность  и скорость движения, его безопасность;

• экономичность  работ по содержанию;

• охрана окружающей среды;

• обеспечение  всей необходимой информацией пользователей  дорог.

При этом поддерживаются и развиваются следующие приоритетные направления политики в управлении автомобильными дорогами:

• совершенствование  стандартов на зимнее содержание дорог;

• развитие техники  и технологий производства работ;

• специализированное дорожное метеорологическое обеспечение;

• разработка регламента производства работ по содержанию в  зависимости от сложившихся или  ожидаемых погодных условий;

• использование  в процессах управления информационных технологий;

• обучение персонала.

Таким образом, специализированное дорожное метеорологическое  обеспечение входит в состав приоритетных направлений развития оперативного управления зимним содержанием дорог  и является непременным условием его совершенствования. Как показывает опыт зимнего содержания дорог за рубежом, только система погодного  мониторинга и оценка состояния  дорожного покрытия на его основе позволяют перейти к целенаправленному  выбору стратегий работ при зимнем содержании дорог и превентивным мероприятиям при угрозе образования  скользкости на покрытии.

2.2. ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для выявления  места специализированного дорожного  метеорологического обеспечения в  процессах управления содержанием  автомобильных дорог следует  проанализировать классические схемы  процесса управления объектом [34, 35], сформулировать основные понятия применительно  к задаче оперативного управления работами по зимнему содержанию дорог [36]. Схема  оперативного управлений в общем  виде представлена на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная схема оперативного управления объектом

Основная цель управления дорогами в зимний период может быть определена как обеспечение  сохранности и работоспособности  дороги и дорожных сооружений и поддержание  их транспортно-эксплуатационного  состояния в соответствии с требованиями, допустимыми по условиям обеспечения  непрерывности И безопасности дорожного  движения [8]. В соответствии с целый  программа управления включает параметры, обеспечивающие под держание необходимого уровня содержания для дорог различных  категорий [3, 4, 8]. Субъектами управления являются дорожные организации, осуществляющие планирование, организацию и выполнение работ по зимнему содержанию дорог. Объектом управления являются автомобильная  дорога и дорожные сооружения.