В. Маркуц   канд. техн. наук

© из книги     В. Маркуц    «Транспортные потоки»

2. Фотограмметрический метод определения параметров транспортных потоков

Определение параметров транспортных потоков на основе аэрофотограмметрической информации является одним из перспективных менее трудоёмких и более достоверных методов. Этот метод позволяет непосредственно измерить ряд характеристик транспортного потока, которые невозможно определить другими способами. Например, плотность и скорость транспортного потока. Аэрофотосъёмку можно проводить с помощью вертолёта или самолёта. Точность определения всех характеристик движения потока автомобилей составляет 3-5%. С помощью этого метода можно также определить распределение интенсивности движения по полосам движения и по длине дороги, что весьма трудоёмко при определении традиционными методами.

2.1. Теоретические основы определения параметров транспортных потоков фотограмметрическим методом

При обработке материалов покадровой аэрофотосъёмки получают информацию для определения параметров транспортных потоков: интенсивность, плотность и скорость потока. Такой информацией являются данные о количестве автомобилей Q на участке дороги длиной S в различные моменты времени t₁ и t₂, количество автомобилей ΔQ_i , прошедших по участку за время Δt = t₂ - t₁. Тогда интенсивность движения N_i  в i – й момент времени определяется из выражения:

              N_i  = ΔQ_i / Δt_i      …………………………………..  ( 2.1 ).

Плотность потока автомобилей  q_i – это количество транспортных единиц Q_i, находящихся на участке дороги длиной S_i:

            q_i  = Q_i / S_i  ……………………………………………   ( 2.2 ).

Так как  ,   S = Vt, то

          N_i  = q_i V_i   ........................................................................  ( 2.3 ).

Следовательно, интенсивность движения можно определить по одной из вышеприведённых формул. Скорость автомобиля определяют по расстоянию, пройденному автомобилем за время Δt между моментами фотографирования двух смежных кадров, используя формулу:

             V_i = (3.6 μ S_i ) / Δt    (км/час)     …………………………..         ( 2.4 ).

Здесь

μ – масштабный коэффициент ( в масштабе съёмки 1:6000 он равен 6 );

S_i – путь, пройденный автомобилем в масштабе снимка, (мм); 

Δt – частота (базис фотографирования) – 5 сек.

Интервалы между автомобилями по длине ( ΔS_i ) определяют на основании данных измерений расстояний по аэрофотоснимкам:

 ΔS_i  =  μ S_i         (мм)      ……………………………………….     ( 2.5 ).

2.2   Методика определения параметров транспортных потоков фотограмметрическим методом

Широкомасштабное практическое использование фотограмметрический метод определения параметров транспортных потоков (интенсивность, плотность и скорость) на больших территориях улично-дорожной сети города впервые был опробован в Советском Союзе в г.Тюмени в 1989 года. Тогда для разработки комплексной транспортной схемы г.Тюмени Московским институтом Гипрокоммундортранс потребовались исходные данные: состав и интенсивность движения автомобилей на транспортных узлах города в единое пиковое время, максимальную загрузку  транспортных узлов, интенсивность движения, плотность и скорость транспортных потоков на пересечениях и на перегонах улиц.

Учитывая наличие 43-х транспортных пересечений и 63 городских улицы, подлежащих обследованию, при традиционной методике учёта автомобилей потребовалось бы около тысячи человек одновременно выходящих на объекты. Разработали техническое задание на проведение обследования улично-дорожной сети города методом аэрофотосъёмки, наняли специальный самолёт, производящий такую съёмку, разработали методику полётов и обработки полученных данных и в короткие сроки предоставили необходимые данные. Так как  намеченные транспортные узлы распределены относительно равномерно по всей площади города, аэрофотосъёмку проводили в пределах выделенного прямоугольника площадью 90 км² (длина 13.4 км, ширина 6.7 км.). Масштаб съёмки 1:6000, частота фотографирования – базис 5с, что соответствует продольному перекрытию 65%, ширина фотографируемой зоны 1 км. С учётом поперечного перекрытия 35% для съёмки намеченной площади необходимо 9 залётов. Время одного залёта (с учётом разворотов) составило около 5 минут. Таким образом, для съёмки всей площади города потребовалось около 1 часа. Для определения экстремальных точек, где интенсивность движения в течение суток имеет максимальное значение, аэрофотосъёмку проводили непрерывно с 9 до 19 часов ( с перерывом на обед с 14 до 15 ). Таким образом, в течение одного дня было проведено 9 залётов. Для получения статистически устойчивой информации аэрофотосъёмка проводилась в течение 3-х дней (среда, четверг, пятница) самолётом АН – 30. Всего выполнено 27 залётов. С учётом продольного и поперечного перекрытия каждый транспортный узел был сфотографирован, по крайней мере, 36 раз (9х2х2). А в течение 3-х дней около сотни раз. Это является хорошей основой для определения параметров транспортных потоков.

Следующий этап – это дешифрирование материалов аэрофотосъёмки и определение параметров транспортных потоков. В настоящее время разработаны компьютерные программы для автоматизированных систем дешифрирования непосредственно с борта самолёта. В то время такие программы только ещё создавались, поэтому пришлось применить традиционный метод дешифрирования - графоаналитический. Для этого применительно к получаемой аэрофотограмметрической информации была разработана соответствующая методика дешифрирования материалов аэрофотосъёмки и определения параметров транспортных потоков [ 37 ].На каждой улице, примыкающей к транспортному узлу, были выделены зоны по направлению движения автомобилей (прямое и обратное). Разграничительной линией является ось дороги. Таким образом, ширина зоны равна половине ширины проезжей части улицы. Для улиц с односторонним движением ширина зоны равна ширине проезжей части улицы. Максимальная длина зоны может быть равна расстоянию между двумя соседними транспортными узлами, если между ними нет примыкающих улиц или дорог, куда могут сворачивать автомобили. В этом случае длина зоны ограничивается длиной перегона. Для удобства зоны нумеруются и в дальнейшем они называются зонами обработки аэрофотограмметрической информации. На крестообразном перекрёстке для каждой из улиц выделяется 4 зоны, на примыкании или на разветвлении на одной улице будет 4 зоны, на другой – две ( рис.2.1, 2.2 ).

В первом случае интенсивность движения:

N  = q V, где  V - средняя скорость транспортного потока в зоне. Она определяется как

V = ∑V_i / Q  где  V_i – скорость каждого автомобиля, находящегося в зоне:

  V_i  =  ( μ S_i ) / Δt       ……………………………………..       ( 2.6 ).

Здесь S_i – смещение  i-го автомобиля за время Δt в масштабе снимка (мм).

Иначе среднюю скорость (км/час) транспортного потока в зоне можно определить по формуле

V =  ( 3.6 μ ∑S_i )/(Δt Q)            ………………………..        ( 2.7 ).

Здесь ∑S_i  - сумма смещений Q автомобилей  (мм).

Смещения автомобилей S_i определяют графически несколькими способами (с целью повышения точности получаемых результатов)с помощью двух последовательных фотоснимков.

По второму способу интенсивность движения определяется как:

   N  = 3600 Q / Δt    ……………………………………            ( 2.8 ).

Здесь количество автомобилей, прошедших через сечение за время Δt (5 с), определяется также различными графическими способами на двух последовательных снимках (стереопаре). Нет смысла подробно излагать графический (традиционно ручной) метод дешифрирования материалов аэрофотосъёмки с целью определения параметров транспортных потоков, так как современные цифровые технологии позволяют получать необходимую информацию в любом виде непосредственно с борта самолёта.

Для контроля получаемых данных в один из дней залёта (17.08.1989 г.) проводились визуальные наблюдения. Результаты сопоставления интенсивности движения по данным аэрофотосъёмки и визуального наблюдения вполне удовлетворительны. Разница не превысила 10%.