Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

CITYPLAN spol. s r. o., Jindřišská 17, 110 00 Praha 1, www.cityplan.cz Držitel certifikátů ISO 9001 a ISO 14001 pro inženýrskou, projektovou, konzultační a expertní činnost

Objednatel: GAČR

Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost Grantový úkol č. 103/07/1673 Zhotovitel:

CITYPLAN spol. s r. o., Jindřišská 17, 110 00 Praha 1 tel.: 221 184 304, 221 184 309, fax: 224 922 072 [email protected], www.cityplan.cz

Držitel certifikátu ČSN EN ISO 9001 pro inženýrskou, projektovou, konzultační a expertní činnost Středisko projektů dopravních staveb, dopravních systémů a dopravního inženýrství V Praze, leden 2010 Č. zakázky zpracovatele: 07-2001 Řešitelský tým:

Ing. Lubomír Tříska Ing. Milan Komínek Ing. Jiří Landa Ing. Roman Turza Ing. Petr Hofhansl Ph.D. Ing. Peter Súkenník Ing. Ondřej Kyp Ing. Marek Šída

Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

1


OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ _____________________________________________________7 SEZNAM TABULEK______________________________________________________9 SEZNAM GRAFŮ _______________________________________________________11 1

ÚVOD__________________________________________________________12

2

FILOZOFIE ŘEŠENÍ ______________________________________________14

3

NÁVRH A POSOUZENÍ MIMOÚROVŇOVÉ KŘIŽOVATKY ________________16 3.1

KŘIŽOVATKY OBECNĚ................................................................................................. 16

3.2 TYPY MÚK ..................................................................................................................... 17 3.2.1 Křižovatky s křižními body .................................................................................... 17 3.2.2 Křižovatky s přídatnými/průpletovými pásy a vratnými větvemi ........................ 18 3.2.3 Křižovatky bezprůpletové s vratnými větvemi ..................................................... 19 3.2.4 Křižovatky útvarové bezprůpletové bez vratných větví ....................................... 20 3.2.5 Doporučené typy MÚK ........................................................................................... 21 3.2.6 Typy MÚK používané v ČR .................................................................................... 22 3.3 SEGMENTY MÚK ........................................................................................................... 22 3.3.1 Paprsky křižovatky ................................................................................................. 22 3.3.2 Přídatné pruhy ........................................................................................................ 22 3.3.2.1 Odbočovací pruh ............................................................................................... 22 3.3.2.2 Připojovací pruh................................................................................................. 23 3.3.3 Kolektorové jízdní pásy.......................................................................................... 23 3.3.4 Průpletové úseky.................................................................................................... 23 3.3.5 Křižovatkové větve ................................................................................................. 23 3.3.6 Vratné větve ............................................................................................................ 24 3.3.7 Průběžné jízdní pásy .............................................................................................. 24 3.4 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ NÁVRH MÚK ......................................................................... 24 3.4.1 Typy křižujících se komunikací ............................................................................. 25 3.4.2 Intenzity dopravy .................................................................................................... 25 3.4.3 Rychlost na křižujících komunikacích .................................................................. 26 3.4.4 Prostorové možnosti.............................................................................................. 26 3.4.5 Vliv na ŽP ................................................................................................................ 26 3.4.6 Možnosti financování ............................................................................................. 26 3.5 KAPACITNÍ POSUZOVÁNÍ MÚK ................................................................................... 26 3.5.1 Posouzení podle ČSN ............................................................................................ 27 Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

2


3.5.1.1 Místo odbočení .................................................................................................. 27 3.5.1.2 Průpletový úsek MÚK ........................................................................................ 30 3.5.1.3 Místo připojení ................................................................................................... 31 3.5.1.4 Úroveň kvality dopravy ...................................................................................... 35 3.5.2 Posouzení podle HBS ............................................................................................ 36 3.5.2.1 Hlavní jízdní pás / rozdělovací jízdní pás před prvkem křižovatky...................... 38 3.5.2.2 Odbočovací pruh ............................................................................................... 39 3.5.2.3 Připojovací pruh................................................................................................. 40 3.5.2.4 Průpletový úsek ................................................................................................. 41 3.5.2.5 Hlavní jízdní pás/rozdělovací jízdní pás za prvkem dopravního uzlu.................. 42 3.5.2.6 Shrnutí posouzení dle HBS................................................................................ 43 3.5.3 Posouzení podle HCM............................................................................................ 43 3.5.4 Porovnání funkčních úrovní u nás a ve světě ...................................................... 45 3.5.4.1 Německo ........................................................................................................... 45 3.5.4.2 USA................................................................................................................... 45 3.5.4.3 Česká republika................................................................................................. 46 3.5.5 Posouzení využitím mikrosimulačních modelů.................................................... 47

4

BEZPEČNOST NA MÚK ___________________________________________48 4.1

ÚVOD.............................................................................................................................. 48

4.2

KOLIZNÍ BODY .............................................................................................................. 50

4.3 ROLE RYCHLOSTI NA MÚK ......................................................................................... 54 4.3.1 Rychlostní konzistence křižovatky ....................................................................... 54 4.3.2 Periferní pole .......................................................................................................... 57 4.3.3 Reakční doba .......................................................................................................... 59 4.3.4 Odstupy mezi vozidly a připojování ...................................................................... 61 4.3.5 Zrychlení vozidel .................................................................................................... 61 4.3.6 Jízdní rychlost ........................................................................................................ 61 4.4

5

DOPRAVNÍ ZNAČENÍ .................................................................................................... 62

ŘÍZENÍ MIMOÚROVŇOVÉ KŘIŽOVATKY _____________________________63 5.1

CO JE ŘÍZENÍ MÚK? ..................................................................................................... 63

5.2 PŘÍNOSY ŘÍZENÍ PROVOZU......................................................................................... 64 5.2.1 Bezpečnost ............................................................................................................. 64 5.2.2 Mobilita a produktivita ........................................................................................... 65 5.2.3 Environmentální efekty .......................................................................................... 65 5.2.4 Vnímání a spokojenost uživatelů .......................................................................... 65 5.3 STRATEGIE ŘÍZENÍ KŘIŽOVATKOVÝCH VĚTVÍ.......................................................... 65 5.3.1 Řízení vjezdu na větvi [Ramp Metering]................................................................ 66 5.3.1.1 Strategie dávkování vozidel ............................................................................... 67


3


5.3.1.2 Územní rozsah .................................................................................................. 68 5.3.1.3 Metoda dávkování ............................................................................................. 68 5.3.1.4 Algoritmus dávkování ........................................................................................ 69 5.3.1.5 Řízení kolony..................................................................................................... 70 5.3.1.6 Řízení dopravního proudu ................................................................................. 71 5.3.1.7 Signalizace ........................................................................................................ 72 5.3.2 Uzavření větve [Ramp Closure] ............................................................................. 72 5.3.3 Speciální úpravy [Special Use Treatments].......................................................... 74 5.3.3.1 Pruhy HOV ........................................................................................................ 74 5.3.3.2 Vyhrazené větve................................................................................................ 74 5.3.4 Úpravy konce větve [Ramp Terminal Treatments] ............................................... 74 5.3.4.1 5.3.4.2 5.3.4.3 5.3.4.4

Úprava signálních plánů .................................................................................... 74 Rozšíření křižovatkové větve ............................................................................. 74 Přidání nebo změna pruhů pro odbočování ....................................................... 77 Přidání nebo změna dopravního značení........................................................... 77

5.4

AKTUÁLNÍ STAV V ČR A VE SVĚTĚ ............................................................................ 77

5.5

BUDOUCNOST MÚK Z POHLEDU ŘÍZENÍ.................................................................... 78

6

SIMULACE _____________________________________________________81 6.1

MIKROSIMULACE A MODELOVÁNÍ ............................................................................. 83

6.2 VYTVOŘENÍ SIMULAČNÍHO MODELU ......................................................................... 84 6.2.1 Identifikace rámce a cílů projektu ......................................................................... 84 6.2.2 Vytvoření základního modelu ................................................................................ 85 6.2.2.1 Příprava vstupních dat....................................................................................... 85 6.2.2.2 Kontrola chyb a výstupy..................................................................................... 85 6.2.3 Kalibrace a validace modelu.................................................................................. 86 6.2.4 Validace modelu ..................................................................................................... 89 6.2.5 Kontrola výstupů .................................................................................................... 90 6.3

SYNERGICKÉ EFEKTY – UNIKÁTNÍ PŘEDNOST SIMULACE..................................... 90

6.4

KOMPLEXITA MODELU VERSUS CHYBOVOST MODELU ......................................... 91

6.5

SOFTWARE PRO MIKROSKOPICKOU SIMULACI....................................................... 92

6.6 DOPRAVNÍ MODEL V PROGRAMU VISSIM – VSTUPNÍ DATA ................................... 94 6.6.1 Zrychlení a zpomalení vozidla ............................................................................... 94 6.6.2 Vstupní funkce........................................................................................................ 94 6.6.2.1 Distribuce rychlostí ............................................................................................ 94 6.6.2.2 Distribuce hmotnosti a výkonu ........................................................................... 94 6.6.2.3 Distribuce času zdržení ..................................................................................... 95 6.6.3 Typy a třídy vozidel ................................................................................................ 95 6.6.3.1 Typy vozidel....................................................................................................... 95 6.6.3.2 Třídy vozidel ...................................................................................................... 95 Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

4


6.6.4 Dopravní chování řidičů......................................................................................... 95 6.6.4.1 Wiedemannův přístup........................................................................................ 95 6.6.4.2 Podélný pohyb vozidla („car following“).............................................................. 96 6.6.4.3 Změna jízdního pruhu........................................................................................ 97 6.6.4.4 Boční chování.................................................................................................... 97 6.6.4.5 Světelně signalizační zařízení ........................................................................... 98 6.6.4.6 Změna saturace................................................................................................. 98 6.6.5 Typ chování vozidla na lince ................................................................................. 98 6.6.6 Definice sítě ............................................................................................................ 98 6.7

KALIBRACE MODELU................................................................................................... 99

6.8 ANALYTICKÉ MOŽNOSTI SIMULAČNÍHO SOFTWARU ............................................ 101 6.8.1 Měření a statistické vyhodnocování zdržení na uzlu ......................................... 101 6.8.2 Měření a statistické vyhodnocování délek kolon na ramenech křižovatek ...... 102 6.8.3 Detailní měření parametrů dopravního proudu .................................................. 102 6.8.4 Dynamic Assignment – dynamické přiřazování na síť ...................................... 103 6.8.5 Hodnocení vlivu na životní prostředí – emise a hluk ......................................... 103 6.9

7

OPTIMALIZAČNÍ PROCES .......................................................................................... 103

EMPIRICKÁ DATA A PRŮZKUMY __________________________________106 7.1 AUTOMATICKÉ SČÍTÁNÍ DOPRAVY .......................................................................... 106 7.1.1 Distribuce vozidel do jízdních pruhů .................................................................. 106 7.1.2 Využití jízdních pruhů v závislosti na rychlosti jízdního pásu .......................... 106 7.1.3 Analýza časových odstupů.................................................................................. 107 7.1.3.1 Závislost četnosti minimálních odstupů na intenzitě......................................... 107 7.1.3.2 Závislost četnosti minimálních odstupů na rychlosti ......................................... 109 7.1.4 Distribuce rychlostí .............................................................................................. 111 7.1.5 Změna jízdního pruhu .......................................................................................... 113 7.1.6 Shrnutí................................................................................................................... 114 7.2 SČÍTÁNÍ VIDEODETEKCÍ ............................................................................................ 115 7.2.1 Trafficon................................................................................................................ 115 7.2.2 Typy měřených křižovatkových větví.................................................................. 115 7.2.3 Výsledky průzkumu.............................................................................................. 119

8

OPTIMALIZACE NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ MÚK ___________________127 8.1 UKÁZKY OPTIMALIZAČNÍHO POSTUPU ................................................................... 129 8.1.1 Ukázka optimalizace soustavy MÚK na SOKP stavbě 510 ................................ 129 8.2

OPTIMALIZACE MÚK SATALICE V PROVIZORNÍM USPOŘÁDÁNÍ BEZ ZPROVOZNĚNÉ STAVBY 520..................................................................................... 134 8.2.1 Optimalizace MÚK D1 x SOKP............................................................................. 139 8.2.2 Analýza jízdní rychlosti ........................................................................................ 139


5


8.2.3 Označení problémových míst a optimalizace řešení ......................................... 140 8.3 OPTIMALIZACE MÚK PŘI REKONSTRUKCI SOKP ................................................... 146 8.3.1 Vyhodnocení časového zdržení .......................................................................... 146

9

SIMULACE TELEMATICKÝCH SYSTÉMŮ____________________________149 9.1

SIMULACE RAMP METERINGU.................................................................................. 150

9.1

SIMULACE DOPRAVNÍHO ZNAČENÍ S PROMĚNNOU SYMBOLIKOU ..................... 152

10

ZÁVĚR A SHRNUTÍ _____________________________________________155

11

LITERATURA __________________________________________________159

12

PŘÍLOHA A – TYPY DÁLNIČNÍCH KŘIŽOVATEK V ČR _________________161

13

PŘÍLOHA B – TYPY DÁLNIČNÍCH KŘIŽOVATEK VE SVĚTĚ ____________169


6


SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1 Obrázek 2 Obrázek 3 Obrázek 4 Obrázek 5 Obrázek 6 Obrázek 7 Obrázek 8 Obrázek 9 Obrázek 10 Obrázek 11 Obrázek 12 Obrázek 13 Obrázek 14 Obrázek 15 Obrázek 16 Obrázek 17 Obrázek 18

Obrázek 19 Obrázek 20 Obrázek 21 Obrázek 22 Obrázek 23 Obrázek 24 Obrázek 25 Obrázek 26 Obrázek 27 Obrázek 28 Obrázek 29 Obrázek 30 Obrázek 31 Obrázek 32 Obrázek 33 Obrázek 34 Obrázek 35 Obrázek 36 Obrázek 37 Obrázek 38 Obrázek 39 Obrázek 40 Obrázek 41 Obrázek 42 Obrázek 43 Obrázek 44 Obrázek 45 Obrázek 46

Křižovatky s křižními body ...................................................................................... 17 Křižovatky s přídatnými / průpletovými pásy a vratnými větvemi............................. 18 Křižovatky bezprůpletové s vratnými větvemi ......................................................... 19 Křižovatky útvarové bezprůpletové bez vratných větví............................................ 21 Typy odbočovacích pruhů (třípruhový, nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) a praktické ukázky..................................................................................................... 27 Příklad odbočovacích pruhů ................................................................................... 29 Příklad odbočovacích pruhů ................................................................................... 29 Typy připojovacích pruhů (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) a praktické ukázky..................................................................................................... 32 Příklad připojovacích pruhů .................................................................................... 33 Příklad připojovacích pruhů .................................................................................... 33 Typy odbočení (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) ............................ 37 Typy připojení (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) ............................. 37 Typy průpletů.......................................................................................................... 37 Kolizní body na tříramenné křižovatce .................................................................... 51 Kolizní body na čtyřramenné křižovatce ................................................................. 52 MÚK Evropská x R1 krátký připojovací pruh........................................................... 56 MÚK Evropská x R1 krátký připojovací pruh bez únikového prostoru ..................... 56 Příklad vzniklých nehod při připojování vozidel MÚK Evropská x R1- lokalizace nehod pomocí GPS ( Zdroj: Jednotná dopravní vektorová mapa – vrstva dopravní nehody) ................................................................................................... 57 Ilustrace závislosti šířky periferního pole na rychlost .............................................. 58 Ilustrace periferního pole v závislosti na hladině alkoholu [Spolkové ministerstvo dopravy Rakouska; citováno z www.domluvme-se.cz]........................ 59 Zvýšení hustoty kolony pomocí vytvoření záložního prostoru ................................. 75 Proces zaplňování záložního prostoru bez řízení ................................................... 76 Záložní prostor na křižovatce Terbregseplein ......................................................... 77 Příklad několikaúrovňových křižovatkových větví ................................................... 78 Možné přístupy k řešení stávajících kapacitních problémů v dopravě..................... 80 Dopravní mikrosimulační modely a jejich vývoj....................................................... 82 Proces kalibrace..................................................................................................... 88 Schéma pro optimalizační postup s využitím simulačních technik ........................ 104 Vratná větev, připojovací pruh .............................................................................. 116 Vratná větev, odbočovací pruh ............................................................................. 116 Vratná větev, přímé připojení bez zrychlovacího pruhu......................................... 117 Přímá větev, odbočovací pruh .............................................................................. 117 Přímá rampa, připojovací pruh.............................................................................. 118 Přímá rampa dvoupruhová ................................................................................... 118 Přímá rampa dvoupruhová, průpletová................................................................. 119 Zařazení optimalizační kroků při kapacitním posouzení MÚK ............................... 127 Schéma optimalizace jednotlivých prvků MÚK...................................................... 128 Analýza potencionálně rizikových míst ................................................................. 130 Ukázka vyhodnocení místa odbočení ................................................................... 131 Optimalizovaná varianta místa odbočení .............................................................. 132 Analýza potencionálně rizikových míst ................................................................. 134 Vyhodnocení průměrné jízdní rychlosti – MÚK SOKP x D1 .................................. 140 Odpojení z SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) – původní návrh.............. 141 Souběh ramp ze směru SOKP do směru D1 (Brno) – původní návrh ................... 142 Průpletový úsek v kolektorovém pásu K2 ............................................................. 143 Připojení kolektorového pásu K2 do směru D1 (Brno) .......................................... 144


7


Obrázek 47 Obrázek 48 Obrázek 49 Obrázek 50 Obrázek 51 Obrázek 52 Obrázek 53

Připojení kolektorového pásu K2 do směru D1 (Brno) .......................................... 145 Vyhodnocované trasy časového zdržení – fáze 10 ............................................... 146 Optimalizace připojení rampy od D5..................................................................... 147 Ukázka vizualizace dopravního proudu s telematickým systémem pro management rychlosti .......................................................................................... 149 Ukázka řídící logiky telematického systému v prostředí simulačního softwaru...... 149 Simulované připojení rampy k třípruhovému jízdnímu pásu.................................. 150 Simulovaná část křižovatky s průpletovým úsekem .............................................. 153


8


SEZNAM TABULEK Tabulka 1 Tabulka 2 Tabulka 3 Tabulka 4 Tabulka 5 Tabulka 6 Tabulka 7 Tabulka 8 Tabulka 9 Tabulka 10 Tabulka 11 Tabulka 12 Tabulka 13 Tabulka 14 Tabulka 15 Tabulka 16 Tabulka 17 Tabulka 18 Tabulka 19 Tabulka 20 Tabulka 21 Tabulka 22 Tabulka 23 Tabulka 24 Tabulka 25 Tabulka 26 Tabulka 27 Tabulka 28 Tabulka 29 Tabulka 30 Tabulka 31 Tabulka 32 Tabulka 33 Tabulka 34 Tabulka 35 Tabulka 36 Tabulka 37 Tabulka 38 Tabulka 39 Tabulka 40 Tabulka 41 Tabulka 42

Doporučené typy a stupně usměrnění mimoúrovňových křižovatek (dle ČSN 73 6102)................................................................................................................. 21 Délky vyřazovacího úseku (dle ČSN 73 6102)........................................................ 22 Návrhová rychlost na křižovatkových větvích (dle ČSN 73 3102) ........................... 24 Úrovňové intenzity dopravy .................................................................................... 29 Úrovňové intenzity průpletových dopravních proudů............................................... 30 Koeficient zohlednění skladby dopravního proudu.................................................. 30 Limitní hodnoty stupňů vytížení .............................................................................. 35 Kapacita přímo předcházejícího jízdního pásu ....................................................... 38 Maximální úrovňová intenzita (kapacita) – pro omezení rychlosti 100/80................ 39 Přípustné intenzity dopravy pro jednotlivé typy odbočení 1 – 4............................... 39 Dosažená úroveň kvality dopravy v odbočení......................................................... 40 Přípustná intenzita připojující se dopravy pro typy vjezdů 1 – 5 [jv/h]...................... 41 Přípustné intenzity proplétající se dopravy pro úseky typu 1 a 2............................. 41 Kapacita přímo následujícího jízdního pásu............................................................ 42 Maximální úrovňová intenzita (kapacita) – pro omezení rychlosti 100/80................ 43 Kritéria funkčních úrovní podle HBS ....................................................................... 45 Kritéria funkčních úrovní podle HCM ...................................................................... 46 Kritéria funkčních úrovní podle ČSN ....................................................................... 46 Mezní hodnoty kapacity jízdního pásu podle ČSN (3-pruhový směrový pás, návrhová rychlost 120 km/h) .................................................................................. 47 Nehodovost na rampách čtyřlístkovitých mimoúrovňových křižovatek (zdroj: FHWA) ................................................................................................................... 49 Ukazatel nehodovosti pro vratné rampy jako funkce zakřivení a průměrné denní intenzity dopravy (zdroj: FHWA) ................................................................... 50 Počty kolizních bodů............................................................................................... 53 Podíl typů kolizí na celkovém počtu nehod ............................................................. 53 Rychlost versus periferní pole [1]............................................................................ 58 Reakční doby řidiče a její složky [zdroj: autolexicon.net podle highwaycode] ......... 60 Reakční doba podle Hopper- McGee řetězce (1983).............................................. 60 Reakční doba a dráha ujetá v jejím průběhu [zdroj: iBESIP]................................... 60 Aplikace ramp meteringu a jeho efekty na plynulost a bezpečnost provozu v USA (zdroj: FHWA) ............................................................................................. 66 Výhody a nevýhody metod dávkování .................................................................... 68 Strategie řízení dopravního proudu ........................................................................ 72 Výhody a nevýhody uzavření větve ........................................................................ 73 Kritéria kalibrace modelu (dle FWHA)..................................................................... 89 Přehled mikrosimulačních modelů podle evropského projektu SMARTEST s doplněním ........................................................................................................... 92 Podíl rychlostí v přípojném a průběžném pruhu (průběžný pruh = 100%) ............. 125 Ukázka optimalizace mezikřižovatkového úseku .................................................. 133 Optimalizace odbočení z Vysočanské radiály na SOKP ....................................... 136 Optimalizace připojení na SOKP od Vysočanské radiály ...................................... 136 Příklad optimalizace provizorního připojení SOKP na Vysočanskou radiálu ......... 137 Optimalizace kritického místa – odpojení z SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) ............................................................................................................. 141 Souběh ramp ze směru SOKP do směru D1 (Brno).............................................. 142 Připojení rampy ze směru SOKP (od stavby 511) do rampy ze směru SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) .................................................................... 144 Časové zdržení – DIO fáze 10.............................................................................. 147


9


Tabulka 43

Tabulka 44

Tabulka 45

Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání připojení s ramp meteringem a bez ramp meteringu (průměrné výsledky pěti 4hodinových simulačních procesů) ............................................................................................................... 152 Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání stavu s řízením rychlosti dopravního proudu pomocí ITS (dopravní značení s proměnnou symbolikou) a bez ITS, vysoká intenzita dopravy ........................................................................ 154 Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání stavu s řízením rychlosti dopravního proudu pomocí ITS (dopravní značení s proměnnou symbolikou) a bez ITS, velmi vysoká intenzita dopravy (kongesce) ............................................ 154


10


SEZNAM GRAFŮ Graf 1 Graf 2 Graf 3 Graf 4 Graf 5 Graf 6 Graf 7 Graf 8 Graf 9 Graf 10 Graf 11 Graf 12 Graf 13 Graf 14 Graf 15 Graf 16 Graf 17 Graf 18 Graf 19 Graf 20 Graf 21 Graf 22 Graf 23 Graf 24 Graf 25 Graf 26 Graf 27 Graf 28 Graf 29 Graf 30

UKD průpletu na kolektorovém pásu ...................................................................... 31 UKD průpletu na průběžném dvoupruhovém jízdním pásu ..................................... 31 UKD – připojení do nadřazeného jízdního pásu se dvěma průběžnými pruhy ........ 34 UKD – připojení do nadřazeného jízdního pásu se třemi průběžnými pruhy ........... 34 Závislost hustoty a rychlosti.................................................................................... 55 Komplexita modelu (míra specifikace) versus chyba modelu [Akcelik, původně Alonso, Richardson] ............................................................................................... 91 Vztah mezi průměrnou rychlostí v pruzích a intenzitou směrového pásu na D1 (údaje z automatických sčítačů) ........................................................................... 106 Analýza rychlostí – rozdělení rychlostí v jízdních pruzích v závislosti na rychlosti jízdního pásu.......................................................................................... 107 Závislost četnosti odstupů menších než 2 s na intenzitě vozidel v jízdním pruhu.................................................................................................................... 108 Závislost četnosti odstupů menších než 1 s na intenzitě vozidel v jízdním pruhu.................................................................................................................... 108 Závislost časového a délkového odstupu při různé hodnotě intenzity (šipkami je zobrazen délkový odstup při kritickém časovém odstupu 1 s)........................... 109 Závislost četnosti odstupů menších než 2 s na rychlosti v jízdním pruhu.............. 110 Závislost četnosti odstupů menších než 1 s na rychlosti v jízdním pruhu.............. 110 Histogram naměřených rychlostí – osobní vozidla ................................................ 111 Histogram naměřených rychlostí – dodávková vozidla ......................................... 112 Histogram naměřených rychlostí – nákladní vozidla ............................................. 112 Histogram naměřených rychlostí – autobusy ........................................................ 113 Měřené (vlevo) a simulované (vpravo) využití pruhů na německé dálnici v závislosti na intenzitě [31].................................................................................. 113 Podíl vozidel v jednotlivých pruzích – údaje z automatických sčítačů ................... 114 Podíl vozidel v jednotlivých pruzích – údaje ze simulace ...................................... 114 Vratná větev, připojovací pruh, začátek zrychlovacího úseku připojovacího pruhu.................................................................................................................... 119 Vratná větev, připojovací pruh, uprostřed zrychlovacího úseku ............................ 120 Vratná větev, odbočovací pruh, uprostřed zpomalovacího úseku ......................... 121 Vratná větev, odbočovací pruh, uprostřed zpomalovacího úseku ......................... 121 Vratná větev, přímé připojení bez připojovacího pruhu ......................................... 122 Přímá větev, odbočovací pruh, konec zpomalovacího úseku................................ 122 Přímá větev, odbočovací pruh, začátek zpomalovacího úseku............................. 123 Přímá větev, připojovací pruh, začátek zrychlovacího pruhu ................................ 124 Přímá větev dvoupruhová..................................................................................... 124 Přímá větev dvoupruhová průpletová ................................................................... 125


11


1 ÚVOD Doprava je neoddělitelnou součástí lidského světa. Její funkčnost je jedním ze základních předpokladů pro chod společnosti. Zásobování, cesta do práce, do školy, za nákupy či rekreací je každodenní činností většiny populace. S růstem globalizace narůstá i mobilita a tím i hybnost obyvatel a zboží. Návrh všech dopravních konstrukcí je založen na principu hledání harmonie mezi dopravní výkonností neboli efektivitou provozu a jeho bezpečností. Zvláště specifická je tato úloha zejména v uzlových bodech (křižovatkách), protože tyto jsou jednak častokrát limitujícími kapacitními body v silniční síti a zároveň představují bezpečnostní riziko kvůli křižování a rychlostní heterogenitě dopravních proudů, znamenají více nároků na koncentraci a reakce řidičů. Způsob navrhování a posuzování dopravních konstrukcí se s časem vyvíjí. Od jednoduchých empirických modelů k složitějším analytickým nebo kombinovaným, od několika základních bezpečnostních principů ke komplexním bezpečnostním auditům. Rozvoj výpočetní techniky a softwarových aplikací umožnil vytvoření počítačových simulací dopravního proudu. Jejich jedinečnost a nesporná výhoda oproti jiným metodám spočívá ve vysoké míře aproximace k realitě. A to zejména tím, že simulace sleduje každé individuální vozidlo nebo každého účastníka dopravy (včetně chodců a cyklistů) a jejich vzájemnou interakci, přičemž respektuje některé jejich individuální charakteristiky. Jinými slovy, nejedná se o simplifikaci na průměrné nebo střední hodnoty parametrů (jako např. rychlost), ale simuluje = napodobuje se reálný průběh. Ani ten nejlepší simulační program zatím nedokáže plně napodobit lidský mozek a emoce, mikroskopická simulace je ale nejvěrnější a nejpodrobnější imitací lidského chování v dopravním provozu. Tento výzkumný úkol pojednává o možnostech využití mikrosimulace pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek. Náplň práce sestává z rešerší dostupné světové literatury, sběru empirických dat, experimentálních měření a analýz a testování alternativ využitím simulačních technik. Nejčastějšími místy omezujícími plynulost a bezpečnost dopravního provozu jsou místa, kde se křižují, připojují, odpojují nebo proplétají jednotlivé dopravní proudy. Tato místa jsou díky kolizním bodům a značné rychlostní heterogenitě (různé rychlosti mezi jednotlivými proudy vozidel a vozidly navzájem) potenciálním bezpečnostním rizikem. Zároveň se staly křižovatky, a to platí i pro křižovatky mimoúrovňové, limitujícími prvky z hlediska kapacity silniční infrastruktury. Hlavní výhodou mimoúrovňových křižovatek je, že plně nebo částečně odstraňují standardní křižování vozidel. Pomocí nich však nelze eliminovat všechny kolizní body v křižovatce. Potenciálně problémovými místy tak zůstávají místa připojení, odpojení a průpletu většinou za rozdílných rychlostí jednotlivých vozidel. Přestože křižovatky a křižovatkové větve tvoří jen velmi malou část sítě komunikací pro motorová vozidla, stává se na nich podstatná část nehod. Studie v Portugalsku (Cardoso & Costa, Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

12


1998 v závěrečné zprávě SAFESTAR, 1998) ukázaly, že na silnicích pro motorová vozidla se dvěma jízdními pruhy bylo na křižovatkách lokalizováno 11% nehod. Většinu nehod na křižovatkách silnic pro motorová vozidla, jak se čtyřmi tak i se dvěma pruhy, představují boční srážky. V České republice se neprovádí statistické hodnocení nehod podle typu lokality a komunikace zároveň. Na všech typech křižovatek však v roce 2008 došlo k 26% veškerých nehod [36]. Pro srovnání na rychlostní komunikaci byly sečteny nehody na dálnici D5 (dle podkladů Dopravní policie) a výsledný podíl nehod při odbočení nebo připojení na mimoúrovňových křižovatkách nebo čerpacích stanicích pohonných hmot tvoří 20% všech nehod zaznamenaných na této dálnici. Realizace mimoúrovňových křižovatek je vynucena zabezpečením požadovaného komfortu jízdy neboli požadované úrovně kvality dopravy. Mnohé mimoúrovňové křižovatky, zejména v urbanizovaných oblastech nebo všeobecně v místech křižování důležitých dopravních proudů, však již nejsou schopny garantovat funkční úroveň, pro kterou byly konstruovány. Důvodem je vysoký stupeň čerpání kapacity ale i nevyužívání progresivních systémů řízení. Následkem jsou enormní zdržení, negativní dopady na životní prostředí, časté dopravní nehody. Dochází ke vzniku dominového efektu kolapsu komunikační sítě (zhroucení plynulosti dopravního proudu) s dopadem na širokou okolní síť a další uzlové body. Vliv jednotlivých dopravních konstrukcí nelze vždy spolehlivě posuzovat jednotlivě a výsledky jednoduše „sečíst“. Chování sítí nevyplývá z vlastností jednotlivých součástí systému, ale objevuje se jako výsledek jejich součinnosti. Synergické efekty – efekty spolupůsobení konstrukcí a způsobů řízení se totiž od jednoduchého součtu jednotlivých efektů můžou lišit. Zde vzniká prostor pro dynamické modely, které detailně simulují interakci jednotlivých vozidel, dopravní chování řidičů a důsledky řízení včetně prvků inteligentních dopravních systémů v komplexních sítích. Aplikace mikrosimulačních modelů v dopravním inženýrství je vedena myšlenkou, že jejich vytvoření je několikanásobně levnější a rychlejší než výstavba a přestavba dopravní infrastruktury. Chybné plánovací závěry, vycházející z nedostatečně objasněné anebo chybně pochopené problematiky, vedou k nevhodným anebo dokonce chybným řešením, při kterých se vynakládají investice na nesprávném místě anebo v nesprávném čase. Tato myšlenka začíná být v prostředí České republiky sice všeobecně akceptována, avšak využití simulačních metod v dopravním inženýrství je stále nízké, čímž se odlišujeme od nejvyspělejších zemí.


13


2 FILOZOFIE ŘEŠENÍ Rešerše literatury (výsledky výzkumných úkolů, odborné články a publikace, dosavadní zkušenosti, rešerše stavu poznání v dané problematice)

Sběr empirických dat (průzkumy, měření, dotazování apod.)

Formulace vztahů a závislostí

Kalibrace simulačního modelu

Testování alternativ, formulace vztahů a závislostí, kvantifikace kapacitních mezí, srovnání výsledků s dosavadními výsledky

Hodnocení výsledků, doporučení Mikrosimulační modely dokážou dát odpovědi na otázky typu „co se stane, když...?“, např.: •

Jaký bude vliv aplikace ramp-meteringu (řízení vjezdu vozidel) na konkrétní křižovatce na dopravní provoz v okolní silniční síti?

•

Jaký vliv budou mít proměnné dopravní značky na plynulost dopravního proudu v prostoru křižovatky, na celkový provoz v křižovatce a výkonnost křižovatek?

•

Kolik času bude ušetřeno navrženým řešením a o kolik se zvýší propustnost v daném uzlu (prvku sítě)?

Nespornou výhodou mikrosimulace je i možnost detailního statistického hodnocení dopravní situace – měření parametrů dopravního proudu jako rychlost, hustota, intenzita, dále pak hodnoty zdržení a doby přejezdů a jiné. Mikrosimulace rovněž umožňuje velice názornou demonstraci (i pomocí 3D animace v čase) vhodnosti nebo nevhodnosti daného dopravního řešení a ověřit tak záměry investičního projektu – umožňuje vyhnout se nesprávnému řešení a zbytečnému vynaložení značných finančních prostředků a naopak dokáže poskytnout balík argumentů pro výběr efektivního řešení.


14


Mikrosimulace dopravního proudu se zabývá podrobnou studií pohybu vozidel na malém modelovaném území, a to s respektováním prostorového uspořádání území, dynamiky a skladby dopravního proudu, pravidel provozu a intenzity provozu včetně nahodilého rozdělení příjezdů vozidel a chodců v jednotlivých směrech. Využití takových modelovacích postupů umožňuje ověřovat řešení v řadě variant návrhu a provozních podmínek. Výsledkem celé mikrosimulace není jen trojrozměrný pohled na modelované území, ale i rozsáhlá statistika měřených údajů (rychlost, zdržení, hustota), na základě kterých lze sestavit hodnotící kritéria pro jednotlivé varianty. Statistická pozorování ze zahraničí ukazují, že využití prvků inteligentních dopravních systémů může přispět ke snížení nehodovosti a jejich následků v daném úseku.


15


3 NÁVRH A POSOUZENÍ MIMOÚROVŇOVÉ KŘIŽOVATKY 3.1

KŘIŽOVATKY OBECNĚ

Funkce mimoúrovňových křižovatek je stejná jako u křižovatek úrovňových – zajistit bezpečné a kapacitní křížení dopravních proudů. Mimoúrovňové křižovatky jsou schopné, vzhledem k oddělení některých křižovatkových pohybů, přenášet velké objemy křižující se dopravy a udržet alespoň na průběžné komunikaci plynulý dopravní proud. Hlavní body křížení na křižujících se komunikacích jsou eliminovány a ostatní jsou minimalizovány dle typu použité křižovatky (s / bez křižních bodů). Každá mimoúrovňová křižovatka je jiná a každou je třeba samostatně řešit, nicméně návrh některých prvků by měl být stálý. Jedná se například o odbočování křižovatkové větve vždy vpravo, jednotnost typu křižovatek na delším úseku komunikace, vzdálenost jednotlivých křižovatek, jednotné značení, atd. Stálost prvků zlepšuje řidičovu orientaci a tím zlepšuje kapacitu komunikace a snižuje pravděpodobnost dopravní nehody. Stupeň kvality dopravy mimoúrovňové křižovatky by neměl snižovat kvalitu dopravy na průběžné komunikaci. Mimoúrovňové křižovatky se zřizují z těchto důvodů: •

křížení dvou rychlostních komunikací nebo rychlostní a jiné komunikace a zajištění nepřerušovaného dopravního proudu,

•

zvýšení kapacity křižovatky (obvykle v intravilánu),

•

zvýšení bezpečnosti a kapacity křižujících se dopravních proudů.

Křižovatky, i mimoúrovňové, jsou důležité prvky silniční sítě, které ovlivňují celou její výkonnost. Návrh křižovatky ovlivňuje: •

bezpečnost dopravní sítě,

•

účinnost dopravní sítě,

•

cestovní rychlost,

•

provozní náklady,

•

kapacitu sítě,

•

vliv na životní prostředí (emise, hluk).

Křižovatky jsou nejrizikovější oblasti v silniční síti z hlediska bezpečnosti. Ačkoliv křižovatky zabírají malou plochu silniční sítě, dochází na nich k velké části všech dopravních nehod. Nejdůležitější rozhodnutí, vzhledem k budoucí bezpečnosti křižovatky, probíhá v rámci plánování křižovatky. Zjednodušeně, pokud je v průběhu plánování křižovatka navržena špatně nebo s horšími parametry, v průběhu projektování už tuto chybu nelze úplně napravit. Rozhodování ve fázi plánování má vliv na následující parametry:


16


•

poloha/počet křižovatek,

•

rozloha křižovatky,

•

typ a zjednodušený grafický návrh křižovatky,

•

případné řízení křižovatky.

Zvláštní pozornost v plánování křižovatek může zlepšit budoucí bezpečnost celé dopravní sítě a může předejít nevhodnému výběru typu křižovatky, který by měl za následek nižší bezpečnost nebo vysoké náklady na její rekonstrukci. V extravilánu se mimoúrovňové křižovatky zřizují na dálnicích a rychlostních silnicích (D a R), ve zvláštních případech i na silnicích I. a II. třídy (např. vysoké intenzity, bezpečnost dopravy). V intravilánu se MÚK navrhují na místních rychlostních komunikacích a na významných sběrných komunikacích dle potřeby.

3.2

TYPY MÚK

Návrh uspořádání mimoúrovňové křižovatky závisí především na počtu paprsků křižovatky, intenzitách dopravy na jednotlivých vstupech, hlavních křižovatkových pohybech a místních geomorfologických podmínkách. Základní typy křižovatek jsou (dle ČSN 73 6102) křižovatky s křižními body, s průplety a bez průpletů, pouze odpojení a připojení. Všechny tyto typy lze dále upravovat.

3.2.1 Křižovatky s křižními body Křižovatky s křižními body jsou charakterizovány úrovňovou křižovatkou mezi komunikací nižší třídy a křižovatkovými větvemi směřujícími z/na nadřazenou komunikaci. Použití těchto typů MÚK je uvedeno v kapitole 3.2.5. Obrázek 1 Křižovatky s křižními body Kosodélná křižovatka

Jednovětvová křižovatka


17


Osmičkovitá křižovatka

Deltovitá křižovatka

3.2.2 Křižovatky s přídatnými/průpletovými pásy a vratnými větvemi Křižovatky z přídatnými/průpletovými pásy jsou charakteristické tím, že na nadřazenou komunikaci se nejprve připojuje větev ze silnice nižší třídy a teprve poté se odpojuje větev na silnici nižší třídy. Dochází tedy k průpletu připojujících a odpojujících se vozidel. Vratné větve jsou křižovatkové větve malého poloměru, které směřují proti směru původního směru jízdy vozidla a opisují kruhovou výseč v rozsahu přibližně 270 stupňů. Použití těchto typů MÚK je uvedeno v kapitole 3.2.5.

Obrázek 2 Křižovatky s přídatnými / průpletovými pásy a vratnými větvemi Srdcovitá křižovatka

Čtyřlístkovitá křižovatka

Trojlístkovitá křižovatka

Dvojlístkovitá křižovatka


18


Prstencovitá křižovatka

3.2.3 Křižovatky bezprůpletové s vratnými větvemi U bezprůpletových křižovatek dochází nejprve k odpojení vozidel odbočujících na komunikaci nižšího stupně a teprve poté dochází k připojení přijíždějících vozidel. Vratné větve mohou být použity pouze v omezené míře. Použití těchto typů MÚK je uvedeno v kapitole 3.2.5. Obrázek 3 Křižovatky bezprůpletové s vratnými větvemi Trubkovitá křižovatka

Dvojlístkovitá trubkovitá křižovatka


19


Sdružená trubkovitá křižovatka

3.2.4 Křižovatky útvarové bezprůpletové bez vratných větví U útvarových křižovatek nedochází k průpletu a poloměry a tvary křižovatkových větví mají větší poloměry. Použití těchto typů MÚK je uvedeno v kapitole 3.2.5.


20


Obrázek 4 Křižovatky útvarové bezprůpletové bez vratných větví Rozštěpová křižovatka

Spirálovitá křižovatka

Turbínovitá křižovatka

Hvězdicovitá křižovatka

3.2.5 Doporučené typy MÚK Návrh základního typu MÚK a stupně usměrnění se provádí podle Tabulka 1 s tím, že je třeba zajistit požadovaný stupeň kvality dopravy (viz. kapitola 3.5.1) a uvažovat s místními podmínkami a ochranou životního prostředí. Tabulka 1 Doporučené typy a stupně usměrnění mimoúrovňových křižovatek (dle ČSN 73 6102) Pozemní komunikace

Dálnice

Rychlostní silnice

Silnice směrově rozdělené

Silnice směrově nerozdělené

1

1, 2

2, 3

3, 4

Rychlostní silnice

1, 2

2, 3

2, 3

3, 4

Silnice směrově

2, 3

2, 3

2, 3

3, 4

Dálnice


21


rozdělené Silnice směrově nerozdělené

3, 4

3, 4

3, 4

3, 4

Poznámka: 1 – útvarová křižovatka 2 – křižovatka bez průpletových úseků 3 – křižovatka s průpletovými úseky 4 – křižovatka s křižními body

3.2.6 Typy MÚK používané v ČR V České republice je většina mimoúrovňových křižovatek uspořádána jako křižovatka s křižními body, protože se obvykle jedná o křížení čtyř a vícepruhové rychlostní komunikace a nedělené silnice s jedním jízdním pruhem v každém směru. Nejrozšířenějšími typy jsou tak křižovatka deltovitá nebo osmičkovitá. Jen desítky křižovatek jsou bez křižních bodů, a to většinou takové, kde se kříží dvě rychlostní komunikace. Potom se zpravidla jedná o křižovatku trubkovitou (při třech paprscích), nebo křižovatku dvojlístkovitou nebo čtyřlístkovitou (viz příloha A – Typy dálničních křižovatek).

3.3

SEGMENTY MÚK

3.3.1 Paprsky křižovatky Základní mimoúrovňové křižovatky mají tři až čtyři paprsky. V případě více paprsků se křižovatka řeší jako útvarová nebo zvláštní.

3.3.2 Přídatné pruhy 3.3.2.1 Odbočovací pruh Odbočovací pruh slouží k bezpečnému odbočení vozidel bez podstatného snížení jejich rychlosti v průběžném jízdním pruhu. Jeho délka se rovná součtu délek vyřazovacího a zpomalovacího úseku. Vyřazovací úsek je určen pro přejezd vozidla z průběžného pruhu do odbočovacího pruhu a zpomalovací úsek musí umožnit bezpečné zpomalení vozidla na návrhovou rychlost následující křižovatkové větve. Délky vyřazovacího úseku se určují dle následující tabulky. Tabulka 2 Délky vyřazovacího úseku (dle ČSN 73 6102) návrhová rychlost (km/h)

80

90

100

120

délka vyřazovacího úseku (m)

80

80

90

100

Délka zpomalovacího úseku se vypočte ze vzorce:


22


(0,85vn)2 − vc2 Ld = 26(d + s / 10) kde vn

je

návrhová rychlost průběžné silniční komunikace (km/h)

vc

rychlost na konci zpomalovacího úseku (km/h)

d

průměrné zpomalení 1,7 m/s2

s

sklon zpomalovacího úseku v procentech (stoupání kladné, klesání záporné)

3.3.2.2 Připojovací pruh Připojovací pruh slouží k bezpečnému zařazení vozidla do průběžného dopravního proudu. Připojovací pruh se skládá z oddělovacího úseku, manévrovacího úseku a zařazovacího úseku. Zrychlovací úsek, na kterém musí vozidlo zrychlit tak, aby se mohlo zařadit do průjezdného pruhu, se uvažuje jako součet délky přechodnice přilehlé křižovatkové větve, oddělovacího a manévrovacího úseku.

3.3.3 Kolektorové jízdní pásy Omezují počet odpojení a připojení na průběžný jízdní pás tím, že se do něj zapojí více větví křižovatky, obslužná zařízení a křižovatky účelových komunikací a pak se kolektorový pás připojí na průběžný jízdní pás. Rovněž může umožnit propojení blízkých křižovatek tak, že slouží z hlediska výjezdu a vjezdu na uvažovanou komunikaci jako jedna křižovatka. Použití kolektorových pásů je proto ve většině případů jednoznačným přínosem z pohledu bezpečnosti dopravy. Na kolektorovém pásu dochází mezi připojenými větvemi křižovatky k průpletům zpomalujících a zrychlujících vozidel.

3.3.4 Průpletové úseky Průplety jsou úseky jízdního pásu, na kterých dochází k proplétání vozidel. Úrovňové intenzity průpletového úseku jsou dány maximální intenzitou průpletových dopravních proudů, kapacitou vjezdové větve a kapacitou průběžného jízdního nebo kolektorového pásu za průpletovým úsekem.

3.3.5 Křižovatkové větve Na mimoúrovňových křižovatkách se navrhují větve přímé a vratné. Podle typu použitých větví se vytvářejí typy křižovatek. Návrhová rychlost křižovatkové větve musí umožnit takovou rychlost, která odpovídá určitému podílu návrhové rychlosti nadřazené komunikace. Její hodnoty určuje ČSN 73 6102 dle následující tabulky (Tabulka 3 .


23


Tabulka 3 Návrhová rychlost na křižovatkových větvích (dle ČSN 73 3102) návrhová/dovolená rychlost komunikace (km/h) 60

návrhová rychlost křižovatkové větve vv(km/h) 25

30

*

35

40

**1)

***

70

*

1)

**

80

*

1)

**

90

*1)

50

60

**

***

*1)

**

120

*1)

**

nejmenší návrhová rychlost (cca 40% vv)

**

doporučená návrhová rychlost (cca 55% vv)

***

doporučená nejvyšší návrhová rychlost (cca 70% vv)

1)

nejnižší hodnota pro vratné větve

80

***

100

*

70

*** ***

Nejmenší poloměry kružnicového oblouku křižovatkové větve jsou dány ČSN 73 6102 podle návrhové rychlosti a příčného sklonu vozovky.

3.3.6 Vratné větve Vratné větve jsou specifickým typem křižovatkových větví, které opisují kruhovou výseč cca 270° a mají malý polom ěr (viz Tabulka 3 ). U nás je vratná větev běžnou součástí mimoúrovňových křižovatek, i když ve světě se snaží upřednostňovat rampy přímé či polopřímé. Vratná větev vzhledem ke svému malému poloměru snižuje výrazně kapacitu odbočení a při vyšších intenzitách se stává kapacitním „hrdlem“ celé křižovatky, případně přilehlé sítě komunikací.

3.3.7 Průběžné jízdní pásy Pro kapacitní posouzení má kapacita nadřazeného průběžného jízdního pásu za místem odbočení vliv pouze v případě, že dochází ke snížení počtu jízdních pásů. V případě, že nedochází ke snížení počtu pruhů, není třeba profil za odbočením kapacitně posuzovat. Nicméně počet jízdních pásů určuje základní kapacitu komunikace a její úroveň kvality dopravy.

3.4

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ NÁVRH MÚK

Návrh mimoúrovňové křižovatky musí být proveden v souladu s plánováním celé dopravní sítě zájmové oblasti. Křižovatka ovlivní chování celé sítě a v dané oblasti může změnit dopravní chování a i úroveň kvality dopravy. Proto musí být tyto možné změny brány v úvahu při návrhu


24


MÚK. Například budoucí využití ploch v okolí nové křižovatky může přinést změnu dopravních intenzit a dopravního chování a tedy i dopravní poptávky na křižovatce. Tyto budoucí požadavky lze buď přímo zahrnout do návrhu, nebo lze vytvořit natolik flexibilní návrh, ve kterém v budoucnu bude moci dojít k dostavbě a zvýšení kapacity. Také výhledové územní plánování může vést ke tvorbě nové dopravní poptávky, kterou bude nutno uspokojit právě budovanou křižovatkou. Největší vliv na kapacitu dopravní sítě má umístění a typ křižovatky. Výběr typu křižovatky je ovlivňován mnoha faktory: •

typ křižujících komunikací,

•

intenzita, typ a složení dopravy,

•

rychlost na křižujících komunikacích,

•

prostorové možnosti a fyzická omezení,

•

vliv na životní prostředí,

•

možnosti financování.

3.4.1 Typy křižujících se komunikací Typy křižujících se komunikací obecně rozlišujeme na dálnice, rychlostní silnice, silnice I. a II. třídy a místní komunikace. Podle typů křižujících se komunikací je třeba použít příslušný typ mimoúrovňové křižovatky a při kapacitním posouzení je třeba dle ČSN dosáhnout úrovně kvality dopravy příslušné daným typům komunikací. Pro návrh MÚK je však třeba uvažovat nejen o typu komunikace, ale i o jejím dopravním významu a návrhových intenzitách. Zařazení některých komunikací do typu „místní“ neodpovídá jejich významu, jedná se například o průtahy silnic I. třídy obcí nebo o dopravní okruhy ve větších městech. Místní komunikace musí dosáhnout úrovně kvality dopravy E, ale silnice I. třídy C. Má-li být tah silnice I. třídy homogenní, musí i v místě průchodu obcí dosahovat ÚKD C.

3.4.2 Intenzity dopravy Návrhové intenzity dopravy a úroveň kvality dopravy jsou nejsilnějším determinantem pro návrh mimoúrovňové křižovatky. Rozhodují o způsobu vedení větve (přímá, vratná), počtech pruhů na jednotlivých segmentech, způsobu odpojení a připojení. Za návrhovou intenzitu dopravy je považována: •

50rázová intenzita, jedná-li se o extravilánové komunikace;

•

Průměrná špičková intenzita, jedná-li se o místní komunikace.

Způsob stanovení návrhové intenzity dopravy popisuje TP 189 Stanovení intenzit dopravy na pozemních komunikacích. Návrhové období mimoúrovňové křižovatky je 20 let.


25


3.4.3 Rychlost na křižujících komunikacích Pokud se nejedná o komunikace stejného typu, je většinou rychlost křižujících komunikací rozdílná. Návrhová rychlost na křižovatkových větvích je odvozena od návrhové rychlosti na průběžné komunikaci a geometrickém tvaru křižovatkové větve. Připojovací a odbočovací pruhy musí zajistit přiblížení rychlostí na průběžné komunikaci a křižovatkové větvi a na druhé straně musí být rychlost na křižovatkové větvi odpovídající navazující komunikaci nižšího stupně, případně úrovňové křižovatky.

3.4.4 Prostorové možnosti Prostorové omezení pro umístnění mimoúrovňové křižovatky se vyskytují především v intravilánu (okolní zástavba, hustá sít komunikací). V extravilánu jsou většinou limitujícími prvky přírodní charakteristiky (údolí, řeka, chráněný biotop apod.)

3.4.5 Vliv na ŽP Návrh tvaru mimoúrovňové křižovatky může být ovlivněn blízkostí chráněného krajinného prvku, vodní plochy, lesa, výskytem zvláštních druhů flory a fauny. Vzhledem ke zvýšené hladině hluku a emisí vlivem zrychlování, resp. zpomalování, může být v některých oblastech návrh křižovatky zcela nevhodný. V intravilánu může být návrh ovlivněn okolními stavbami z hlediska prostorového uspořádání a blízkostí obytných domů z hlediska hluku a emisí.

3.4.6 Možnosti financování Náklady na výstavbu a provoz křižovatky jsou dány především náklady na samotnou stavbu, náklady na výkup pozemků a následnou údržbu křižovatky a okolí. Z hlediska bezpečnosti a plynulosti by bylo výhodné navrhovat mimoúrovňové křižovatky s velkými poloměry křižovatkových větví, bez křižních bodů a bez průpletů. Takové řešení by však bylo zbytečně finančně náročné a neekonomické. Nejlevnější řešení z finančního hlediska ba naopak bylo provozně a bezpečnostně špatné. Je třeba najít rovnováhu mezi oběma hledisky tak, aby byly splněny bezpečnostní a provozní podmínky „za rozumnou cenu“.

3.5

KAPACITNÍ POSUZOVÁNÍ MÚK

Dnes používané metody kapacitního posuzování mimoúrovňových křižovatek (v ČSN 73 6102) vycházejí z údajů, které nejsou dostatečně experimentálně ověřené v českém prostředí. Jedná se zejména o mezní hodnoty intenzit dopravy na připojovacích pruzích, křižovatkových větvích a průpletových úsecích. Ty zatím vycházejí z dřívějších údajů upravených podle zahraniční literatury: americké HCM (2000) a německé HBS (2001). Otázkou kapacity mimoúrovňových křižovatek se zabývá výzkumný projekt „Aktualizace výpočtových modelů pro stanovení kapacity mimoúrovňových křižovatek“, který řeší firma EDIP s.r.o. Dokončení projektu je plánováno na rok 2010. Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

26


3.5.1 Posouzení podle ČSN Pro posuzování mimoúrovňových křižovatek je určena norma ČSN 736102 „Projektování křižovatek na pozemních komunikacích“, z které tato kapitola vychází. Mimoúrovňová křižovatka se posuzuje ve všech svých křižních, přípojných nebo odbočných bodech. Celkové hodnocení křižovatky je pak dáno nejslabším bodem této křižovatky. V úrovňové oblasti se kapacitní hodnocení provádí jako u úrovňové křižovatky, místa odbočení, připojení a průletové úseky se posuzují zvlášť. Pro křižovatky (i mimoúrovňové) se vyžadují tyto stupně kvality dopravy: •

dálnice, rychlostní silnice a silnice I. třídy:

stupeň C,

•

silnice II. třídy:

stupeň D,

•

silnice III. třídy:

stupeň E,

•

rychlostní místní komunikace a přechodové úseky:

stupeň D,

•

místní komunikace:

stupeň E.

3.5.1.1 Místo odbočení Úrovňové intenzity odbočení jsou dány intenzitou odbočujícího dopravního proudu, kapacitou odbočující křižovatkové větve a kapacitou nadřazeného jízdního pásu za místem odbočení v případě, že dochází ke zmenšení počtu jízdních pruhů. Typ odbočení vyplývá z počtu pruhů v nadřazeném jízdním pásu před a za odbočením a z počtu pruhů na výjezdové části křižovatkové větve. Obrázek 5 Typy odbočovacích pruhů (třípruhový, nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) a praktické ukázky Typ O1


27


Typ O2

Typ O3

Typ O4a

Typ O4b

V některých případech není možné určit jednoznačně jeden z uvedených typů. Jedná se například o následující případy.


28


Obrázek 6 Příklad odbočovacích pruhů

Tento příklad je kombinací typu O2 a O4a, protože není přesně určené, jestli jako první vzniká levý pruh odbočovací větve nebo pravý pruh odbočovací větve. Další příklad je také obdobou kombinace typu O2 a O4a. V tomto případě vznikají oba odbočovací pruhy téměř současně. Obrázek 7 Příklad odbočovacích pruhů

Pro každou úroveň kvality dopravy (UKD) a typ odbočení jsou dány úrovňové intenzity dopravy ve vozidlech za hodinu. Hodnoty v následující tabulce platí pro podíl pomalých vozidel do 15%, pro podíl do 20% jsou hodnoty v tabulce o 5% nižší, pro podíl do 30% jsou o 10% nižší. Tabulka 4 Úrovňové intenzity dopravy UKD

Úrovňové intenzity dopravního proudu v odbočovacím pruhu (voz/h) typ O1

typ O3

typ O2 a O4

A

<= 450

<= 770

<= 900

B

<= 830

<= 1 400

<= 1 650

C

<= 1 130

<= 1910

<= 2 250

D

<= 1 350

<= 2 300

<= 2700

E

<= 1 500

<= 2 550

<= 3 000


29


F

-

-

-

3.5.1.2 Průpletový úsek MÚK Úrovňové intenzity průpletového úseku jsou dány maximální intenzitou průpletových dopravních proudů, kapacitou vjezdové větve a kapacitou průběžného jízdního (typ b) nebo kolektorového pásu (typ a) za průpletovým úsekem. Průpletový úsek se v kapacitním posouzení uvažuje v rozmezí délky 150 až 250 m a neovlivňuje UKD. Tabulka 5 Úrovňové intenzity průpletových dopravních proudů UKD

úrovňové intenzity průpletových dopravních proudů podle typu v závislosti na podílu pomalých vozidel typ a

typ b

0%

10%

20%

30%

40%

0%

10%

20%

30%

40%

A

690

627

575

531

493

660

600

550

508

471

B

1 270

1 155

1 058

977

907

1 210

1 100

1 008

931

864

C

1 730

1 573

1 442

1 331

1 236

1 650

1 500

1 375

1 269

1 179

D

2 070

1 882

1 725

1 592

1 479

1 980

1 800

1 650

1 523

1 414

E

2 300

2 091

1 917

1 769

1 643

2 200

2 000

1 833

1 692

1 571

F

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Poznámka typ „a“ průpletového úseku – na kolektorovém pásu (1 pruh průběžný, 1 průpletový) typ „b“ průpletového úseku – na průběžném dvoukruhovém jízdním pásu (2 pruhy průběžné, 1 průpletový) Kapacitní posouzení průpletových úseků na MÚK se provádí pomocí tabulky 6 a následujících grafů, zvlášť pro typ průpletu „a“ a typ „b“. Posuzovanou intenzitu dopravního proudu je třeba upravit koeficientem zohlednění skladby dopravního proudu. Tabulka 6 Koeficient zohlednění skladby dopravního proudu podíl pomalých vozidel (%) koeficient

0

10

20

30

40

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4


30


Graf 1 UKD průpletu na kolektorovém pásu

Graf 2 UKD průpletu na průběžném dvoupruhovém jízdním pásu

3.5.1.3 Místo připojení Úrovňové intenzity připojení jsou dány maximální intenzitou proudu, který se může připojit do průběžného pruhu, a kapacitou nadřazeného jízdního pásu za přípojným bodem. Na následujícím obrázku jsou uvedeny typy připojení křižovatkové větve.


31


Obrázek 8 Typy připojovacích pruhů (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) a praktické ukázky Typ V1

Typ V2

Typ V3

Typ V4

Typ V5

Stejně jako u odbočení i u připojení existují schémata, která nelze jednoznačně zařadit do daných typů.


32


Obrázek 9 Příklad připojovacích pruhů

Obrázek 10 Příklad připojovacích pruhů

Kapacitní posouzení jednopruhové vjezdové části větve do nadřazeného jízdního pásu se dvěma průběžnými pruhy se provede podle grafu 3 a připojení do nadřazeného jízdního pásu se třemi průběžnými pruhy podle grafu 4. V případě dvoupruhové vjezdové části větve se kapacitní posouzení provede obdobně po přenásobení posuzované návrhové intenzity připojujícího se dopravního proudu koeficientem 0,67.


33


Graf 3 UKD – připojení do nadřazeného jízdního pásu se dvěma průběžnými pruhy 1800

Intenzita připojujícího se dopravního proudu (voz/hod)

1600

1400

F

1200

E 1000

D 800

C

600

B 400

A

200

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Intenzita dopravního proudu v nadřazeném jízdním pásu před místem připojení (voz/hod)

Graf 4 UKD – připojení do nadřazeného jízdního pásu se třemi průběžnými pruhy 1800

Intenzita připojujícího se dopravního proudu (voz/hod)

1600

1400

F 1200

E 1000

D

800

C 600

B 400

A

200

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Intenzita dopravního proudu v nadřazeném jízdním pásu před místem připojení (voz/hod)


34


3.5.1.4 Úroveň kvality dopravy Úrovňové intenzity a kapacita v nadřazeném jízdním pásu za přípojným bodem se posoudí na základě přípustné intenzity úseku podle ČSN 73 6101, příp. dle ČSN 73 6110. Kritériem kvality průběhu dopravy na mimoúrovňových křižovatkách je stupeň vytížení daný následujícím vztahem: aV = In / Cn kde

aV = stupeň vytížení

[-],

In = návrhová intenzita dopravního proudu [pvoz/h], Cn = kapacita

[pvoz/h].

K rozdělení stupňů kvality průběhu dopravy (UKD) platí limitní hodnoty stupňů vytížení podle následující tabulky. Tabulka 7 Limitní hodnoty stupňů vytížení Úroveň kvality dopravy

Stupeň vytížení

Označení Charakteristika kvality dopravy

aV [-]

A

velmi dobrá

≤ 0,30

B

dobrá

≤ 0,55

C

uspokojivá

≤ 0,75

D

dostatečná

≤ 0,90

E

nestabilní

≤ 1,00

F

nevyhovující

≥ 1,00

Stupně úrovně kvality dopravy jsou popsány takto: •

Stupeň A: Účastníci silničního provozu budou jen velmi zřídka navzájem ovlivněni. Mohou bezprostředně provést zamýšlený jízdní manévr. Stupeň vytížení je velmi nízký. Provoz je plynulý.

•

Stupeň B: Možnosti volby rychlosti a jízdního pruhu zúčastněných proudů vozidel budou navzájem ovlivněny v malém rozsahu. Z toho plynoucí zdržení jsou téměř zanedbatelná. Stupeň vytížení je nízký. Provoz je téměř plynulý.

•

Stupeň C: Přítomnost jiných účastníků silničního provozu je již znatelná. Už není dána neomezená volnost pohybu. Stupeň vytížení je střední. Plynulost dopravy je stabilní.


35


•

Stupeň D: Všichni účastníci silničního provozu v posuzovaných dopravních proudech musí brát zřetel na překážky plynulosti. Při rychlejším přejíždění mezi jízdními pruhy dochází vždy ke konfliktním situacím. Stupeň vytížení je vysoký. Plynulost dopravy je ještě stabilní.

•

Stupeň E: Vozidla se pohybují v kolonách. Nutné přejíždění mezi pruhy je možné provádět pouze zařazením mezi dvě vozidla, která již předtím jela s minimálním bezpečnostním odstupem. Stupeň vytížení je velmi vysoký. Při krátkodobém zvýšení intenzity dopravy dochází k tvorbě kongescí a úplnému zastavení vozidel. Překážky plynulosti se neomezují pouze na vlastní křížení, ale vyskytují se i v průběžných jízdních pruzích. Plynulost dopravy se ze stabilní mění v nestabilní. Kapacita je naplněna.

•

Stupeň F: Počet vozidel, která se blíží k místu křížení, je během delších časových intervalů vyšší než kapacita komunikace. Doprava kolabuje – dochází ke stání vozidel střídanému s přerušovanou pomalou jízdou. Tato situace je znovu vyřešena teprve po značném snížení dopravního zatížení.

3.5.2 Posouzení podle HBS Výpočet kapacitního posouzení prvků MÚK je uveden v HBS 2001 v kapitole 4. Základem tohoto posudku je tabulka na straně 30 v HBS, jejíž jednotlivé prvky jsou popsány dále. Postup při výpočtu úrovně kvality dopravy (UKD) je shrnut do následujících 26 bodů, které odpovídají shodně očíslovaným řádkům tabulky. 1) Číslo prvku křižovatky – jednotlivé prvky křižovatky odpovídají manévrům vozidla, které musí učinit pro průjezd MÚK. 2) Druh prvku křižovatky – rozeznáváme tři základní prvky MÚK – odbočení, připojení a průplet. 3) Typ prvku křižovatky – typ se určí podle druhu prvku a jeho uspořádání (tabulky 8 – 10).


36


Obrázek 11 Typy odbočení (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) Typ odbočení z hlavního jízdního pásu Typ 1

Typ 2

Typ 3

Typ 4

Obrázek 12 Typy připojení (třípruhový nebo dvoupruhový hlavní jízdní pás) Typ připojení do hlavního jízdního pásu Typ 1

Typ 2

Typ 3

Typ 4

Typ 5

Obrázek 13 Typy průpletů Typ průpletů Typ 1

Typ 2


37


3.5.2.1 Hlavní jízdní pás / rozdělovací jízdní pás před prvkem křižovatky 4) Návrhová intenzita dopravy Inhp [v/h] – intenzita dopravy před posuzovaným prvkem (na hlavním jízdním pásu) ve vozidlech za hodinu. 5) Podíl těžké nákladní dopravy NA [%] – procentuální podíl těžké nákladní dopravy (užitečná hmotnost > 3,5 t). 6) Počet jízdních pruhů n – počet jízdních pruhů v hlavním jízdním pásu před posuzovaným prvkem. 7) Maximální úrovňová intenzita (kapacita) dopravy Iuhp [v/h] – určí se podle počtu jízdních pruhů, podílu těžké nákladní dopravy a rychlosti z následující tabulky. Tabulka 8 Kapacita přímo předcházejícího jízdního pásu Počet jízdních pruhů

Omezení Kapacita [v/h] rychlosti % NA – podíl nákladní dopravy [km/h] 0% 10 % 20 %

3

120

5700

5400

5100

3

100/80

5800

5500

5200

2

120

4000

3800

3600

2

100/80

4100

3900

3700

Pozn.: Kapacita jízdního pásu s jedním pruhem je přibližně 1 800 v/h. 8) Dosažená úroveň kvality dopravy – vypočítá se stupeň vytížení a: a = Inhp / Iuhp kde: Inhp – návrhová intenzita dopravy [v/h] , Iuhp – kapacita úseku. Úroveň kvality dopravy se určí dle následující tabulky.


38


Tabulka 9 Maximální úrovňová intenzita (kapacita) – pro omezení rychlosti 100/80 UKD

Stupeň vytížení

Kapacita [v/h] Podíl NA – 10%

Podíl NA – 20%

Počet jízdních pruhů 3

2

1

3

2

1

A

< 0,30

1650

1170

540

1560

1110

510

B

< 0,55

3025

2145

990

2860

2035

935

C

< 0,75

4125

2925

1350

3900

2775

1275

D

< 0,90

4950

3510

1620

4680

3330

1530

E

< 1,00

5500

3900

1800

5200

3700

1700

F

-

-

-

-

-

-

-

3.5.2.2 Odbočovací pruh 9) Návrhová intenzita dopravy Inodb – intenzita odbočujícího dopravního proudu v jednotkových vozidlech za hodinu (1 OA = 1 jv; 1 NA = 2 jv). 10) Podíl těžké nákladní dopravy NA [%] – procentuální podíl těžké nákladní dopravy (užitečná hmotnost > 3,5 t). 11) Maximální úrovňová intenzita (kapacita) odbočení Iuo – určí se podle následující tabulky (UKD = E). Tabulka 10 Přípustné intenzity dopravy pro jednotlivé typy odbočení 1 – 4 Kapacita Iuo [jv/h] Podíl NA < 20%

Podíl NA > 20%

Typ 1

Typ 2**

Typ 3,4

Typ 1

Typ 2**

Typ 3,4

1500

2550

3000

1350

2295

2700

** Hodnot je dosaženo jen při správném dopravním značení.

12) Dosažená úroveň kvality dopravy v odbočení – určí se podle následující tabulky.


39


Tabulka 11 Dosažená úroveň kvality dopravy v odbočení Kapacita [jv/h] Podíl NA < 20%

Podíl NA > 20%

UKD

Typ 1

Typ 2**

Typ 3,4

Typ 1

Typ 2**

Typ 3,4

A

450

770

900

405

693

810

B

830

1400

1650

747

1260

1485

C

1130

1910

2250

1017

1719

2025

D

1350

2300

2700

1215

2070

2430

E

1500

2550

3000

1350

2295

2700

F

-

-

-

-

-

-

3.5.2.3 Připojovací pruh 13) Návrhová intenzita dopravy Inprip [jv/h] – intenzita připojujícího se dopravního proudu v jednotkových vozidlech za hodinu (1 OA = 1 jv; 1 NA = 2 jv). 14) Podíl těžké nákladní dopravy NA [%] – procentuální podíl těžké nákladní dopravy (užitečná hmotnost > 3,5 t). 15) Maximální úrovňová intenzita dopravy Iup [jv/h] – pro připojení typů 1, 2 a 4 – 2 200 jv/h. Pro typy 3 a 5 není posudek nutný, jelikož se jedná o „bezkontaktní“ připojení. U těchto typů se pouze posoudí, zda není překročena kapacita rampy. 16) Dosažená úroveň kvality dopravy – určí se podle následující tabulky a pomocí příslušných grafů v metodice HBS.


40


Tabulka 12 Přípustná intenzita připojující se dopravy pro typy vjezdů 1 – 5 [jv/h] UKD

Kapacita* [jv/h]

A

660

B

1210

C

1650

D

1980

E

2200

F

-

* hodnoty platí pro případ, že na základě vedení trasy je na vjezdové rampě (při hraně ostrůvku) dosaženo rychlosti min 60 km/h. V opačném případě je třeba kapacitu snížit až o 10 %.

3.5.2.4 Průpletový úsek 17) Návrhová intenzita dopravy Inprup – intenzita proplétajících se vozidel v jednotkových vozidlech za hodinu (1 OA = 1 jv; 1 NA = 2 jv). 18) Úrovňová intenzita (kapacita) dopravy Uuprup – je dána hodnotou 2 300 jv/h pro typ 1 a hodnotou 2 200 jv/h pro typ 2. 19) Dosažená úroveň kvality dopravy – určí se podle následující tabulky. Tabulka 13 Přípustné intenzity proplétající se dopravy pro úseky typu 1 a 2 Kapacita1 [jv/h]

1

UKD

Typ 1

Typ 2

A

690

660

B

1270

1210

C

1730

1650

D

2070

1980

E

2300

2200

F

-

-

hodnoty platí jen při přibližně stejně velkých intenzitách dopravy ve spojujících se proudech vozidel


41


3.5.2.5 Hlavní jízdní pás/rozdělovací jízdní pás za prvkem dopravního uzlu 20) Návrhová intenzita dopravy Inhz [v/h] – intenzita dopravy za posuzovaným prvkem (na hlavním jízdním pásu) ve vozidlech za hodinu. 21) Podíl těžké nákladní dopravy NA [%] – procentuální podíl těžké nákladní dopravy (užitečná hmotnost > 3,5 t). 22) Počet jízdních pruhů n – počet jízdních pruhů v hlavním jízdním pásu za posuzovaným prvkem 23) Maximální úrovňová intenzita (kapacita) dopravy Iuhz [v/h] – určí se podle počtu jízdních pruhů, podílu těžké nákladní dopravy a rychlosti z následující tabulky. Tabulka 14 Kapacita přímo následujícího jízdního pásu Počet jízdních pruhů

Omezení Kapacita [v/h] rychlosti % NA – podíl těžké dopravy [km/h] 0% 10% 20%

3

120

5700

5400

5100

3

100/80

5800

5500

5200

2

120

4000

3800

3600

2

100/80

4100

3900

3700

Pozn.: Kapacita jízdního pásu s jedním pruhem je přibližně 1 800 v/h. 24) Dosažená úroveň kvality dopravy – vypočítá se stupeň vytížení a: a = Inhz / Iuhz kde: Inhp – návrhová intenzita dopravy [v/h] , Iuhp – kapacita úseku. Úroveň kvality dopravy se určí dle následující tabulky.


42


Tabulka 15 Maximální úrovňová intenzita (kapacita) – pro omezení rychlosti 100/80 UKD

Stupeň vytížení

Kapacita [v/h] Podíl NA – 10%

Podíl NA – 20%

Počet jízdních pruhů 3

2

1

3

2

1

A

< 0,30

1650

1170

540

1560

1110

510

B

< 0,55

3025

2145

990

2860

2035

935

C

< 0,75

4125

2925

1350

3900

2775

1275

D

< 0,90

4950

3510

1620

4680

3330

1530

E

< 1,00

5500

3900

1800

5200

3700

1700

F

-

-

-

-

-

-

-

25) Minimální celková úroveň dopravy – je určena nejhorší úrovní dopravy na každém prvku. 26) Úroveň kvality dopravy – je určena nejhorší minimální celkovou úrovní kvality prvku. 3.5.2.6 Shrnutí posouzení dle HBS Výhody: •

Geografická blízkost krajiny původu a z toho vyplívající podobnost v dopravním chování, dopravních předpisech a v charakteristikách dopravního proudu. Snadná aplikace na české prostředí.

Nevýhody: •

Posuzování průpletů nezohledňuje délku průpletu a specifikuje pouze dva typy průpletů.

3.5.3 Posouzení podle HCM Americký manuál HCM (Highway Capacity Manual) pro posuzování dopravních konstrukcí uvádí poměrně sofistikovanou metodu, která vyžaduje vyšší počet vstupních dat. Rovněž jsou principiálně rozeznávány 3 druhy segmentů – odpojení, připojení a průplety. Metodika kapacitního posouzení je založena na výpočtové metodě, přičemž výsledná úroveň kvality dopravy je odvozena od vypočtené hustoty dopravy v posuzovaném segmentu. Kapacitní posouzení je prováděno na špičkovou čtvrthodinu, přepočtenou na hodinovou intenzitu dopravy. Ve výpočtu je zohledněna délka průpletu, rychlost jízdy vozidel v průběžných pruzích a v průpletu a dále pak sklonové poměry. Skladba dopravního proudu je zohledněna přepočtem na jednotková vozidla,


43


přičemž koeficienty pro přepočet jsou pro danou skladbu dopravního proudu a sklonové poměry dány tabulkově. Základní postup výpočtu je následující: 1) Vstupní údaje: •

Délka průpletu, šířka jízdních pruhů, sklonové poměry;

•

Kartogram intenzit dopravy v průpletu;

•

Návrhová rychlost.

2) Doplňkové údaje pro výpočet: •

Koeficient dopravní špičky;

•

Procento těžkých vozidel;

•

Faktor řidičů.

3) Vypočet probíhá v následujících krocích: •

Výpočet intenzity dopravy ve špičkové hodině;

•

Určení typu průpletového úseku;

•

Výpočet rychlosti v průpletu a v průběžných jízdních pruzích;

•

Určení charakteristiky průpletu;

•

Výpočet průměrné rychlosti v průpletovém úseku;

•

Výpočet hustoty dopravy;

•

Určení UKD.

Výhody: •

Podrobná metodika, umožňující posuzovat širokou škálu konstrukcí (např. dlouhé průpletové úseky různé konfigurace).

Nevýhody: •

Geografická vzdálenost, jiný stupeň automobilizmu, odlišné dopravní chování, jiná míra dopravních problémů, rozdíly v pravidlech dopravy v krajině původu metodiky – všechny tyto skutečnosti vedou k rozdílům v charakteristikách dopravního proudu ve srovnání s Českou republikou;

•

V oblasti kapacity prvků mimoúrovňových křižovatek uvádí vyšší hodnoty než HBS, což je dáno vysokou rychlostní homogenitou dopravního proudu, vycházejícího z používání tempomatů, automatických převodovek, respektování rychlostních limitů a absencí nutnosti řazení se do „pomalejšího pruhu“ (volná volba pruhu), které vede


44


k vyrovnanějšímu využití jednotlivých pruhů na vícepruhových komunikacích (a k vyšší kapacitě).

3.5.4 Porovnání funkčních úrovní u nás a ve světě 3.5.4.1 Německo Následující tabulka udává kritéria funkčních úrovní na dálničním úseku podle HBS s dopočtením průměrných odstupů při průměrné rychlosti s těmito parametry: dvoupruhový směrový pás, bez stoupání, mimo aglomeraci, pouze osobní vozidla. Tabulka 16 Kritéria funkčních úrovní podle HBS Funkční úroveň „QSV“

hustota dopr. proudu [voz/km/jízdní pás]

průměrná rychlost osobního vozidla [km/h]

saturace [%]

průměrný délkový odstup vozidel [m]

průměrný časový odstup vozidel [s]

A

≤8

≥ 130

≤ 0,3

≥ 250

> 6,9

B

≤ 16

≥ 125

≤ 0,55

≥ 125

3,6 - 6,9

C

≤ 23

≥ 115

≤ 0,75

≥ 87

2,7 - 3,6

D

≤ 32

≥ 100

≤ 0,90

≥ 63

2,3 - 2,7

E

≤ 45

≥ 80

≤1

≥ 44

2,0 - 2,3

F

> 45

< 80

-

< 44

V podmínkách Německa je možné dosáhnout maximálních intenzit na dálničním úseku v průměru do 1 800 voz/h/pruh (v různých pruzích směrového pásu je dosahována různá intenzita, hodnota 1 800 je průměrná při maximální intenzitě ve směrovém pásu). 3.5.4.2 USA Kritéria funkčních úrovní dle HCM na běžném dálničním úseku (basic freeway segment) a s dopočtením průměrných odstupů při minimální rychlosti udává následující tabulka.


45


Tabulka 17 Kritéria funkčních úrovní podle HCM Funkční úroveň „LOS“

Hustota dopr. proudu [voz/km/pruh]

min. rychlost [km/h]

maximální intenzita [voz/km/pruh]

saturace [%]

Průměrný délkový odstup vozidel [m]

průměrný časový odstup vozidel [s]

A

0-7

120

840

0,35

> 143

> 4,3

B

> 7 - 11

120

1320

0,55

91 - 143

2,7 - 4,3

C

> 11 - 16

114,6

1840

0,77

63 - 91

2,0 - 2,7

D

> 16 - 22

99,6

2200

0,92

45 - 63

1,6 - 2,0

E

> 22 - 28

85,7

2400

1,00

36 - 45

1,5 - 1,6

F

> 28

< 36

V podmínkách USA je možné dosáhnout maximálních intenzit do 2400 voz/h/pruh (pozn.: jedná se o jednotková vozidla). 3.5.4.3 Česká republika Kritéria funkčních úrovní na dálničním úseku s dopočtením průměrných odstupů při průměrné rychlosti, pouze pro osobní vozidla na třípruhovém směrovém pásu udává následující tabulka.

úroveň kvality dopravy „UKD“

hustota dopravního proudu [voz/km/jízdní pás]

stupeň vytížení [%] ≥ 130

2 pruhy

3 pruhy

A

≤8

≤ 10

≤ 0,3

B

≤ 16

≤ 21

C

≤ 23

D

prům. rychlost osobního vozidla [km/h]

průměrný délkový odstup vozidel

průměrný časový odstup vozidel

(3 pruhy) [m]

(3 pruhy) [s]

2 pruhy

3 pruhy

2 pruhy

3 pruhy

≥ 125

≥ 250

≥ 300

> 7,2

> 8,6

≤ 0,55

≥ 120

≥ 125

≥ 142,9

3,8 - 7,2

4,3 - 8,6

≤ 30

≤ 0,75

≥ 115

≥ 87

≥ 100

2,7 - 3,8

3,1 - 4,3

≤ 32

≤ 42

≤ 0,90

≥ 100

≥ 62,5

≥ 71,4

2,3 - 2,7

2,6 - 3,1

E

≤ 45

≤ 59

≤1

≥ 80

≥ 44,4

≥ 50,8

2,0 - 2,3

2,3 - 2,6

F

> 45

> 59

-

< 80

< 44,4

< 50,8

Tabulka 18 Kritéria funkčních úrovní podle ČSN Česká norma hodnotí dopravní proud podobně jako norma německá. Vyplývá to z podobností v podmínkách dopravního provozu. Podobně jako kvalitativní hodnocení dopravního proudu, i Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

46


kapacity dálničních úseků jsou srovnatelné s hodnotami německé normy. Důvody rozdílů maximálních intenzit mezi USA a Německem či ČR již byly zmíněné (užívání tempomatů a respektování rychlostních limitů = rychlostně homogenní dopravní proud, volný výběr pruhu na vícepruhových komunikacích = méně omezujících manévrů, vyšší stabilita dopravního proudu). Tabulka 19 Mezní hodnoty kapacity jízdního pásu podle ČSN (3-pruhový směrový pás, návrhová rychlost 120 km/h) Mezní kapacity [voz/hod] při podílu pomalých vozidel [%] Podélný sklon

Délka stoupání

5

15

25

≤2

0

5 550

5 300

5 050

4

500

4 850

4 550

4 450

4

1000

4 650

4 350

4 200

4

2000

4 550

4 100

3 900

3.5.5 Posouzení využitím mikrosimulačních modelů Posouzení pomocí mikrosimulačního modelu je možno považovat za nejspolehlivější metodu. Takové tvrzení vychází z faktu, že mikrosimulace je založená na vzájemné dynamické interakci mezi jednotlivými účastníky dopravy. Je to tedy virtuální experiment, napodobování reálného prostředí ve virtuálním prostoru vytvořeného počítačovým hardwarem a softwarem. Samozřejmě, jako každá jiná simulace, i simulace dopravního proudu je založená na znalosti zákonitostí v reálném světě, které jsou transformovány do matematických vztahů. Nejde přitom jen o zákonitosti fyzikální (rychlost, akcelerace, decelerace apod.) ale i behaviorální (zákonitosti odpovědí na stimuly). Kvalita a míra aproximace simulace realitě je proto závislá na kvalitě poznání jednotlivých zákonitostí, na kvalitě vstupních dat a kalibraci simulačního modelu. Výhody: •

Dynamická interakce jednotlivých účastníků dopravy (vzájemné ovlivňování);

•

Možnost sledování parametrů v časovém průběhu (např. vývoj délky kolony v průběhu špičkové hodiny), možnost nalezení lokálních extrémů (např. odhalení krátkodobé kolony s nadkritickou délkou).

Nevýhoda: •

Časové náročnější metoda;

•

Potřeba zkušeností se stavbou modelu a schopnosti zhodnocení korelace mezi modelem a realitou prostřednictvím pozorování reálného dopravního proudu (charakteristiky a chování).

Podrobnější popis mikrosimulačních modelů, jejich vstupů a výstupů je uveden v kapitole 6 Simulace a dále v kapitole Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. (Testování alternativ). Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

47


4 BEZPEČNOST NA MÚK 4.1

ÚVOD

Mimoúrovňové křižovatky od sebe oddělují dopravní proudy a tím, že snižují počet křižních bodů, zvyšují bezpečnost dopravy. Rozsah separace a počet křižních bodů určuje typ křižovatky, křižovatkové větve a napojení na okolní dopravní síť. Čím větší separace a menší počet křižních bodů, tím bezpečnější křižovatka je. Přesto vzniká množství nehod na rychlostních komunikacích na mimoúrovňových křižovatkách, a proto je třeba klást na bezpečnost MÚK důraz. Z hlediska bezpečnosti je při návrhu křižovatky potřebné zajistit především její včasnou postřehnutelnost, přehlednost, srozumitelnost organizace dopravy, potřebné rozhledy, technickou možnost průjezdu, psychologickou jednoznačnost a preferenci silnějších vztahů. Předvídatelnost mimoúrovňové křižovatky lze dosáhnout především včasným dopravním značením a jejím neumisťováním za silniční objekty (most, tunel) - je nutné brát v úvahu lidský faktor. Lidský faktor Lidský faktor je generický termín pro ty psychologické a fyziologické pochody, které mohou být identifikovány jako přispívající k provozním chybám při řízení strojů a vozidel. V kontextu bezpečnosti silničního provozu je lidský faktor ovlivněn parametry komunikace, které ovlivňují správné nebo nesprávné rozhodnutí řidiče. Parametry komunikace mohou způsobit chybné rozhodnutí (reakci) řidiče jako první krok v řetězci událostí, které mohou vyvrcholit nehodou. Mnoho provozních chyb je výsledkem přímé interakce mezi charakterem komunikace a charakterem reakce řidiče. Protože je nemožné změnit reakci řidiče, je třeba zdůraznit potřebu pozornosti zajištění zcela srozumitelného návrhu komunikace. Existují vztahy mezi řadou parametrů komunikace, které jsou spouštěcím mechanismem pro chybnou reakci řidiče. Tyto vztahy popisují parametry silnice a vznikající chyby řidičů při provozu. Lidský faktor nelze z dopravy vyloučit, ale jeho pochybení, resp. následky jeho chování, lze eliminovat budováním kvalitních a bezpečných komunikací, které při svém návrhu a následně s lidským faktorem počítají. Nejistota a překvapení Nejčastějším příkladem nejistoty řidiče je případ, kdy není zřejmé jasné vedení komunikace. Tato situace nastává při jízdě přes horizont, při jízdě proti oslňujícímu světlu (chybné veřejné osvětlení, reklamy, „bezpečnostní osvětlení“ apod.) a při chybném umístění značek (např. opakovaná značka zatáčka v mírných obloucích, po kterých následuje neoznačený ostrý oblouk). S nejistotou řidiče souvisí možnost chybného vyhodnocení situace, které vede k překvapení řidiče a následnému nehodovému ději. Za nehodový děj považujeme i stav, kdy řidič prudkým Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

48


manévrem nehodě zabránil, ale při jiné dopravní situaci by k nehodě došlo (jiné adhezní podmínky, protijedoucí auto, chodec apod.). Neočekávanými situacemi jsou také výmoly ve vozovce a plynulá, téměř neznatelná propadnutí vozovky v oblouku na dálnici, nebo rychlostní komunikaci (např. R7). Rozhled na mimoúrovňových křižovatkách musí být zajištěn jak na průběžných jízdních pruzích (dle ČSN 73 6101 a 73 6110), tak na odbočovacích pruzích a větvích křižovatky. Na odbočovacích pruzích musí být zajištěn rozhled pro zastavení na vzdálenost 0,85 rychlosti uvažované pro zastavení v průběžných jízdních pruzích a na připojovacích jízdních pruzích musí být zajištěn rozhled pro zastavení na vzdálenost 0,75 téže rychlosti. Na větvích křižovatky musí být zajištěn rozhled pro zastavení pro návrhovou rychlost větvě křižovatky dle příslušné ČSN. Směrový a výškový návrh křižovatkových větví musí umožnit zpětný rozhled vozidla v připojovacím pruhu na celou délku manévrovacího úseku ve zpětném zrcátku. I při zajištění technického standardu křižovatky (poloměry, délky připojovacích pásů a rozhledy) může docházet k dopravním nehodám vlivem nedostatečné kapacity křižovatky nebo jejích částí (obvykle průpletu). Proto je třeba vedle bezpečnostního posouzení stavebně technické části klást velký důraz na prvotní, dopravně inženýrský návrh a kapacitní posouzení navrhované mimoúrovňové křižovatky. V USA například existují modely, které simulují počty a závažnosti dopravních nehod na mimoúrovňových křižovatkách a které se používají v dopravně plánovací praxi. Tyto modely pracují s geometrickým návrhem křižovatky a intenzitami, předpokládané počty nehod hodnotí zvlášť na křižovatkových větvích, ve zpomalovacích, resp. zrychlovacích pruzích a v průpletových úsecích. Bezpečnost provozu na mimoúrovňových křižovatkách je téma, ke kterému je velice obtížné získat odborné informace a statistiky. Zaznamenávání a vyhodnocování nehod policií ČR neumožňuje abstrahování poznatků. V zahraničních materiálech se lze dopracovat k různým datům především opět v americkém prostředí. Tabulka 20 Nehodovost na rampách čtyřlístkovitých mimoúrovňových křižovatek (zdroj: FHWA) Průměrní denní intenzita (voz/den)

Ukazatel nehodovosti (na 100 milionů vozidel) Intravilánové rampy přímé

zakřivené

Extravilánové rampy přímé

zakřivené

0 - 499

0,74

0,64

0,00

0,67

500 – 1 000

0,34

0,72

0,13

0,49

1 001 – 1 500

0,64

0,84

0,00

0,61

1 501 – 2 000

0,15

0,93

0,00

0,20


49


> 2 000

0,49

0,82

0,00

0,72

kombinovaná

0,44

0,81

0,05

0,56

Z tabulky je zřejmé, že rampy, které nemají zakřivení, vykazují menší nehodovost než rampy se zakřivením. To platí pro MUK v intravilánu i extravilánu, pro všechny objemy dopravy vyjma intervalu 0 – 499 voz/den v intravilánu. Čtyřlístkovité MUK v extravilánu s nižší křivostí ramp vykazují vyšší nehodovost než ty samé MUK s vyšší křivostí, jak je ukázáno v následující tabulce, opačně to platí pro čtyřlístkovité MUK v intravilánu. Tabulka 21 Ukazatel nehodovosti pro vratné rampy jako funkce zakřivení a průměrné denní intenzity dopravy (zdroj: FHWA) Průměrná denní intenzita (voz/den)

Ukazatel nehodovosti (na 100 miliónů vozidel) Intravilánové rampy Nízká zakřivenost

Vysoká zakřivenost

Extravilánové rampy Nízká zakřivenost

Vysoká zakřivenost

0 - 499

0,000

0,841

1,000

0,260

500 – 1 000

0,000

0,960

0,810

0,370

1 001 – 1 500

1,320

0,690

0,000

0,000

1 501 – 2 000

0,000

0,720

0,000(9)

0,000

> 2 000

0,141

1,000

0,000c

0,000

kombinovaná

0,200

0,940

0,631

0,250

Kalifornská studie (Lundy) rozděluje nehodovost podle druhu ramp a zakřivenosti. Výjezdové rampy mají konzistentně vyšší nehodovost než rampy vjezdové. V porovnání s tím se nehodovost v závislosti na zakřivení rampy mění jen lehce. Studie provedena v New Jersey (Fisher) říká, že pouze málo nehod se vyskytuje na vratných rampách majících poloměr přes 31m. Obecně lze říci, že nehodovost MUK záleží na tom, zda silnice vede pod či nad hlavním (nadřazeným) tahem. Lundy zjistil, že výjezdové rampy, které jsou navrženy ve stoupání, vykazují nižší nehodovost než ty samé rampy navržené v klesání. Vjezdové, nájezdové rampy závislost nehodovosti na klesání či stoupání rampy nevykazuje.

4.2

KOLIZNÍ BODY

Dopravní nehodovost na křižovatkách se odvíjí zejména od počtu kolizních (střetných) bodů, které se v křižovatce vyskytují. Kolizní bod je definován jako místo, ve kterém se vzájemné trasy vozidel, cyklistů a chodců jakýmkoliv způsobem protínají. Budeme-li se zabývat pouze pohybem vozidel, pak existují 4 druhy kolizních bodů:


50


•

odbočný bod – dráhy vozidel se rozdělují, dochází k vybočení vozidla a zpomalení malé riziko nehody;

•

přípojný bod – dráhy vozidel se spojují, rizikové faktory jsou – vysoká intenzita vozidel v hlavním směru tj. absence vhodné mezery v dopravním proudu, chybějící únikový prostor, riziko nehody je významné;

•

křížný bod – představuje nejvyšší riziko a nejtěžší následky nehod;

•

průpletový úsek – je bezpečný pouze v případě, že není přetížen, není výrazně horizontálně zakřiven (R > 200 m) a rychlosti proplétajících se dopravních proudů jsou stejné, nebo velmi podobné a má potřebnou délku.

Nespornou výhodou mimoúrovňové křižovatky je eliminace počtu kolizních bodů (v závislosti na typu křižovatky), jelikož mimoúrovňová křižovatka neumožňuje levé odbočení. Na ilustračních obrázcích je porovnán počet kolizních bodů stykové/průsečné křižovatky s počtem kolizních bodů jednopruhové tří/čtyřramenné mimoúrovňové křižovatky. Následující obrázek znázorňuje tříramennou křižovatku, která ve formě stykové křižovatky čítá 9 kolizních bodů, ve formě křižovatky mimoúrovňové čítá kolizních bodů 6. Markantnější rozdíl lze vidět na příkladu čtyřramenné křižovatky, která má 32 kolizních bodů v případě průsečné křižovatky a pouze 22, respektive 16 kolizních bodů v případě mimoúrovňové křižovatky v závislosti na jejím typu. Obrázek 14 Kolizní body na tříramenné křižovatce


51


Obrázek 15 Kolizní body na čtyřramenné křižovatce

Dalším rozdílem mezi úrovňovou a mimoúrovňovou křižovatkou je počet kolizních bodů v místě křížení, které jsou z hlediska bezpečnosti problematičtější než místa odpojení a připojení. Křižní body jsou u mimoúrovňových křižovatek omezeny buď zcela, nebo na minimální počet na méně důležité křižující komunikaci. Následující tabulka udává přehled počtu kolizních bodů podle typů.


52


Tabulka 22 Počty kolizních bodů křižovatka

kolizní body

trojramenná

čtyřramenná

celkem

odpojení

připojení

křížení

úrovňová

9

3

3

3

mimoúrovňová

6

3

3

0

úrovňová

32

8

8

16

mimoúrovňová osmičkovitá

22

8

8

6

mimoúrovňová čtyřlístkovitá

16

8

8

0

Pro hodnocení kolizních bodů je rovněž významné rozlišení typu nárazu při nehodě. Přes polovinu všech nehod totiž tvoří srážky dvou jedoucích vozidel, u kterých se rozlišuje náraz: •

čelní: rozumí se ve směru jízdy čelem vozidla (rovnoběžnost os vozidel ± 5°)

•

boční: rozumí se náraz kolmo do boku ± 5°

•

z boku: rozumí se náraz pod jiným než pravým úhlem

•

zezadu: rozumí se náraz bez ohledu na dynamiku vozidel (obě v pohybu, jedno stojící…)

Na mimoúrovňových křižovatkách bez křižných bodů může dojít pouze k nárazu z boku nebo zezadu. V křižných bodech naproti tomu může dojít i k nárazu bočnímu, případně čelnímu. Podle Přehledu o nehodovosti v roce 2008 Policie ČR jsou podíly jednotlivých typů nehod uvedeny v následující tabulce. Tabulka 23 Podíl typů kolizí na celkovém počtu nehod typ kolize

počet celkem

procento z celku (%)

počet smrtelných

procento z celku (%)

promile smrtelných z typu kolize

čelní

6 563

7,5

205

51

31

boční

20 579

23,6

64

16

3

z boku

23 843

27,4

97

24

4


53


zezadu

36 204

41,5

36

9

1

celkem

87 189

100

402

100

-

Nejvíce kolizí je typu „zezadu“, ale patří k nejméně tragickým. Nejzávažnější následky mají čelní kolize, pak s velkým odstupem následují z boku, boční a zezadu. Na mimoúrovňových křižovatkách tak dochází k eliminaci nejzávažnějších typů nehod. Podle uvedeného Přehledu o nehodovosti se v odbočovacích a připojovacích pruzích stalo pouze 804 nehody z celkových 160 tisíc nehod.

4.3

ROLE RYCHLOSTI NA MÚK

4.3.1 Rychlostní konzistence křižovatky Při návrhu mimoúrovňové křižovatky je třeba vzít v úvahu relativní rychlost mezi vozidly při připojení, resp. odpojení. Čím je tato relativní rychlost vyšší, tím se zvyšuje riziko dopravní nehody a snižuje se kapacita. Např. australský Road Planning and Design Manual doporučuje maximální rozdíl rychlostí na průběžné komunikaci a na konci křižovatkové větve pouze 10 km/h. Dle ČSN by v manévrovacím úseku připojovacího pruhu mělo mít vozidlo 0,75 rychlosti na průběžné komunikaci. Rychlost vozidel přijíždějících v připojovacím pruhu, případně se proplétajících vozidel, a délka přípojného (průpletového úseku) mají zásadní vliv na kapacitu komunikace. Nelze-li zajistit dostatečně dlouhé připojovací (průpletové) úseky, musí dojít ke snížení rychlosti jak na připojovací větvi, tak na průběžném jízdním pásu. Závislost rychlosti a hustoty provozu (a intenzity), které jsou jedním z charakteristik dopravního proudu, je neustále podrobována zkoumání. Empiricky zjištěná data z německé dálnice jsou uvedena v následujícím grafu.


54


Graf 5 Závislost hustoty a rychlosti

Při nedostatečné délce připojovacího pruhu a vysoké intenzitě vozidel v hlavním směru mohou řidiči při zrychlování v připojovacím pruhu často chybovat a vznikají nehodové situace. Typické jsou poté nehody zapříčiněné: •

vjetím připojujícího se vozidla do proudu vozidel v hlavním směru – vynucení si prostoru v hlavním směru:

boční nárazy, srážky ze zadu vozidel v hlavním směru a připojujícího se vozidla (Obrázek 18 - zeleně),

nárazy ze zadu, nárazy do středových svodidel - nehody vzniklé úhybným nebo zpomalovacím manévrem vozidla v hlavním směru (Obrázek 18 - fialově),

•

nárazy do záchytného zařízení na konci krátkého zrychlovacího pruhu bez únikového prostoru (dostatečně široká průběžná zpevněná krajnice), (Obrázek 18 - žlutě),

•

náhlým brzděním připojujících se vozidel na konci zrychlovacího pruhu - nárazy zezadu (Obrázek 18 - modře).


55


Obrázek 16 MÚK Evropská x R1 krátký připojovací pruh

Obrázek 17 MÚK Evropská x R1 krátký připojovací pruh bez únikového prostoru


56


Obrázek 18 Příklad vzniklých nehod při připojování vozidel MÚK Evropská x R1- lokalizace nehod pomocí GPS ( Zdroj: Jednotná dopravní vektorová mapa – vrstva dopravní nehody)

4.3.2 Periferní pole Zrakem řidič přijme přibližně 90% informací, které zaznamená. Viditelnosti a vizuálním aspektům proto má být věnována mimořádná pozornost. Vizuální ostrost a senzitivita na barvy jsou nejvyšší ve středu sítnice a v úhlovém poloměru 1°. Tyto faktory jsou stále dobré v rozmezí 3°, uspokojivé v rozmezí 35° v úrovni očí. Využitím periferního vidění dokáže oko detekovat objekty v úlu 95°. Avšak periferní vidění neumožňuje detailní rozlišování a je ovlivněno skupinou faktorů jako např. pohlaví (ženy mají širší periferní vidění), věk (horší u dětí a starších osob), alkohol (vliv začíná u 0,02 mg alkoholu na 100 ml krve), rychlost (nepřímá úměra), design vozidla, detekovaný objekt (velikost, kontrast), světlost (periferní vidění se ztrácí při slabém osvětlení), pozorovatel (odezva na pohyb v periferním poli je redukována v případě komplexu vizuálních rozhodnutí v centrálním zorném poli).


57


Tabulka 24 Rychlost versus periferní pole [1] rychlost

Periferní pole [°°]

0

95

30

50

60

40

100

20

Obrázek 19 Ilustrace závislosti šířky periferního pole na rychlost


58


Obrázek 20 Ilustrace periferního pole v závislosti na hladině alkoholu [Spolkové ministerstvo dopravy Rakouska; citováno z www.domluvme-se.cz]

4.3.3 Reakční doba Reakční doba řidiče je časový úsek, který uplyne od vzniku nové události v silničním provozu do řidičovy reakce. Délka této doby se pohybuje od 1 do 2 sekund a je závislá na řidičově pozornosti, věku, fyzické a psychické kondici a jiných faktorech. Některé prameny [1] započítávají do délky reakční doby také reakční dobu vozidla, která se skládá např. z doby, která uplyne od sešlápnutí brzdy do doby, než začne vozidlo brzdit. Reakční doba je důležitým faktorem, který může rozhodnout o vzniku kolize nebo i míře jejích následků. Řidič musí mít na paměti, že je fyziologicky nemožné reagovat ihned bez prodlevy a že za tuto časovou prodlevu ujede určitou dráhu závisející především na rychlosti. Udržovat bezpečný odstup od vozidla je mimořádně důležité, přičemž tento odstup je nutno dodržet tím větší, čím rychleji se vozidlo pohybuje. Projektant v prostoru křižovatky má svůj návrh vést tak, aby redukoval rychlost na přijatelnou hodnotu, odstup vozidla tím neovlivní přímo, ale dodržovat těsný odstup na zakřivené trase je pro řidiče náročnější než na trase přímé. Infoservis ÚAMK uvádí tyto hodnoty reakční doby: •

Při jinak optimálních podmínkách je v rychlosti do 50 km/h reakční doba řidiče cca 1 s;

•

Při jinak optimálních podmínkách je v rychlosti až do 100 km/h reakční doba řidiče cca 2 s;


59


•

Při jinak optimálních podmínkách je v rychlosti přes 100km/h reakční doba řidiče min. 3 s.

Tabulka 25 Reakční doby řidiče a její složky [zdroj: autolexicon.net podle highwaycode] reakční doba řidiče při úhlu pohledu nad 5,0 stupňů nad objekt optická reakce

0,41 – 0,70 s

psychická reakce

0,22 – 0,58 s

svalová reakce

0,15.- 0,21 s

celková reakční doba

0,78 – 1,49 s

Tabulka 26 Reakční doba podle Hopper- McGee řetězce (1983) složka

čas (s)

kumulovaný čas (s)

0,31

0,31

pohyb očí

0,09

0,4

udržení pohledu

0,2

0,6

poznání

0,5

1,1

1,24

2,34

1) vnímání zpoždění (latence)

2) zahájení brzdění

Tabulka 27 Reakční doba a dráha ujetá v jejím průběhu [zdroj: iBESIP] Reakční doba 0,6 sek. Rychlost

1,0 sek.

1,5 sek.

Ujetá dráha

10 km/h

2m

3m

4m

50 km/h

8m

14 m

21 m

60 km/h

10 m

17 m

25 m

90 km/h

15 m

25 m

38 m

Při výzkumech v USA v 90 letech bylo zjištěno, že reakční doba řidiče nezávisí přímo na věku, ale spíš na tom, zda řidič řídí vlastní nebo cizí auto a především na tom, zda se jedná o


60


„očekávané“ brzdění nebo nečekané. Rozdíl v reakční době je potom více než 100%. Důležitá je v tomto případě zkušenost a schopnost předpokládat budoucí situace. Dle BESIPu většina řidičů tvrdí, že má rychlé reflexy, a proto může jezdit rychleji – nicméně dopravním nehodám můžeme čelit předvídavostí, ne již tolik reakcí. Např. reakce pilota stíhacího letadla je o 0,4 sekundy lepší než reakce průměrného řidiče. Dle tabulky 23 je zřejmé, že pojede-li řidič např. rychlostí 50 km/h a ve vzdálenosti 20 m do vozovky vstoupí chodec, při délce reakce 1,5 s ho řidič nejprve přejede, teprve pak začne brzdit.

4.3.4 Odstupy mezi vozidly a připojování Pokud řidič křižuje nebo se připojuje do jízdního pruhu, musí odhadovat vzdálenost k přijíždějícímu vozidlu a podle toho se rozhodnout, zda příslušný manévr provede či nikoliv. Tato vzdálenost se obvykle udává v sekundách, za které by přijíždějící vozidlo dojelo na místo rozhodujícího se řidiče (může být i v pohybu) a došlo k případné srážce. FHWA udává minimální odstupy mezi vozidly pro křížení 5 až 8,5 sekundy, což je při rychlosti 50 km/h 70 až 120 m a při rychlosti 90 km/h je to 120 až 210 m. Při připojování udává jako minimum 4 s, ale v případně téměř stejných rychlostí obou vozidel může být jen 1 s. Pro křížení je maximální hodinová intenzita v průměru 500 vozidel (420 – 715 vozidel), při které je možné překřížit dopravní proud v každé mezeře mezi vozidly, tedy intenzita křižujícího proudu může být také 500 vozidel. Při odstupu 4 s se jedná o intenzitu 900 vozidel a pro 1 s až o 3 500 vozidel.

4.3.5 Zrychlení vozidel Na rychlostních komunikacích předjíždí jedno vozidlo druhé s obvyklým zrychlením 1 m/s2, i když maximální zrychlení osobních vozidel je mezi 2 a 3 m/s2. Zrychlení je nižší, pokud probíhá ve stoupání a také pokud je počáteční rychlost vyšší. Nákladní vozidla nad 12 t mají zrychlení maximálně 0,4 m/s2 z nulové rychlosti, a to také klesá ze zvyšující se počáteční rychlostí. Současné americké standardy (AASHTO, 1990) uvažují se zrychlením 0,63 m/s2 pro počáteční rychlost 56 km/h, 0,64 m/s2 pro 70 km/h a 0,66 m/s2 pro rychlost 100 km/h.

4.3.6 Jízdní rychlost •

Rychlost dopravního proudu je ovlivněna těmito prvky:

intenzita provozu:

absolutní hodnota intenzity,

variace v intenzitě dopravního proudu.

•

intenzita provozu křižující komunikace,

•

technický stav komunikace:

směrové a výškové parametry,


61


•

•

•

4.4

šířka jízdních pruhů,

krajnice,

kvalita povrchu,

úprava okolí,

uspořádání jízdních pruhů,

dopravní předpisy:

omezená maximální rychlost,

možnost předjíždění,

řízení dopravy,

povětrnostní podmínky:

mlha, sníh, déšť, vítr,

noc, slunce,

pomalá vozidla:

skladba dopravního proudu,

autobusy (veřejná a městská hromadná doprava),

•

nehody,

•

chování řidičů.

DOPRAVNÍ ZNAČENÍ

Dopravní značení na mimoúrovňových křižovatkách musí především umožňovat plynulý provoz. Umístění dopravních značek musí být provedeno tak, aby se mohl řidič včas rozhodnout na základě informací uvedených na značce.


62


5 ŘÍZENÍ MIMOÚROVŇOVÉ KŘIŽOVATKY 5.1

CO JE ŘÍZENÍ MÚK?

Řízení neboli management dopravy je soubor opatření, které zvyšují bezpečnost a plynulost dopravy. Cíle řízení dopravy zahrnují: •

Redukci dopadů opakujících se kongescí;

•

Minimalizaci trvání neopakujících se kongescí;

•

Harmonizaci dopravního proudu;

•

Maximalizaci provozní bezpečnosti a efektivity cestujících uživatelů;

•

Poskytování informací uživatelům za účelem pomoci k efektivnímu využití dopravní infrastruktury a redukce jejich mentálního a fyzického stresu;

•

Asistence uživatelům, kteří se setkali s problémy (nehoda, porucha, zmatek).

Kongesce možno definovat jako provozní stav, při kterém dochází k výraznému snížení úrovně kvality dopravy, což se projevuje snížením rychlosti dopravného proudu, značným časovým zdržením nebo dlouhými cestovními časy. Konkrétní hodnoty, při kterých je stav dopravního proudu již považován za kongesci se můžou lišit v závislosti na geografické poloze, čase v průběhu dne, druhu komunikace apod. Jedna z metod pohledu na kongesci rozlišuje mezi •

kongescí (jako cestovním časem nebo zdržením, které přesahuje běžně se vyskytující hodnoty za volného nebo slabého dopravního proudu) a

•

neakceptovatelnou kongescí (jako cestovním časem nebo zdržením, které přesahuje stanovenou hranici, přičemž tato hranice se může lišit v závislosti na druhu dopravní konstrukce, dopravního módu, geografické lokace, času v průběhu dne)

Za kvantifikátory kongesce se považují: •

Trvání – doba, v průběhu které je dopravní systém kongescí ovlivněn;

•

Rozsah – počet lidí nebo vozidel, které jsou postiženy kongescí a geografická distribuce kongesce (plocha nebo rozloha území zasaženého kongescí);

•

Intenzita – závažnost kongesce (vyčíslena měřením zdržení na osobu, průměrné rychlosti apod.);

•

Spolehlivost – variace ostatních tří parametrů.

Opakující se kongesce – vyskytují se, když poptávka převýší kapacitu komunikace. Většinou se vyskytují v průběhu dopolední a odpolední špičky, nebo všeobecně v případech, kdy je


63


komunikace přetížená a dopravní proud se zhroutí do nestabilního stavu provázaného popojížděním a zastavováním vozidel. Neopakující se kongesce – jsou následkem snížení kapacity komunikace při zachování stejné poptávky. Tento typ kongesce obyčejně vzniká, když dojde k náhlému dočasnému zablokování jednoho nebo více jízdních pruhů (např. poruchou vozidla). Kapacita může rovněž poklesnout vlivem počasí nebo jevů v blízkosti jízdní dráhy (např. otáčení se řidičů), což vede k neopakující se kongesci a redukované spolehlivosti (bezpečnosti) celého dopravního systému. I když opakující se a neopakující se kongesce mají různé příčiny, jejich řešení mají mnoho společných znaků.

5.2

PŘÍNOSY ŘÍZENÍ PROVOZU

Kapitola čerpá především z publikace americké FHWA s názvem “Freeway Management and Operations Handbook”.

5.2.1 Bezpečnost Jedním z hlavních cílů řízení dopravy je redukce kongescí, přičemž tato může rovněž zvýšit bezpečnost. Kongesce vede k vyšší hustotě dopravního proudu, což vytváří více příležitostí ke konfliktům. Zároveň redukuje jízdní rychlost, což v případě kolize vede ke zraněním s menší závažností. Jiným aspektem je koncept „sekundárních“ kolizí – kolizí, které vznikají v podmínkách, které zapříčinily již existující (prvotní) kolize. Tyto podmínky, které by bez kongesce nevznikly, zahrnují např. rapidní růst kolony (vozidla prudce brzdí v záměru vyhnout se první kolizi), otáčení se řidičů („čumilové“) a manévry zásahových vozidel. Omezení dopravního proudu vlivem nehod ještě prohloubí existující kongesci. Na základě dosavadních prací, možno konstatovat: •

Kolizní potenciál (např. počet nehod na vozokilometry) se pravděpodobně zvýší s nárůstem kongesce;

•

Ve stavu kongesce je nižší počet nehod samostatných vozidel (např. opuštění vozovky, kolize se statickým objektem) a vyšší počet hromadních nehod;

•

Závažnost nehod ve stavu kongesce je nižší vlivem nižší jízdní rychlosti v momentě srážky.

Všeobecně lze konstatovat, že jakékoli provozní zlepšení, které zredukuje kongesce, povede k menšímu počtu nehod. Závažnost těchto nehod bude vyšší, ale větším podílem se bude jednat o nehody samostatných vozidel. Filozofie řízení musí zahrnovat systémový pohled, kdy konsekvence specifické akce (např. zlepšení stavu dopravního proudu) budou brát v potaz dopady např. na bezpečnost. Strategie řízení provozu na křižovatkové větvi [ramp management] může zvýšit bezpečnost nejen na větvích, na kterých je využita, ale rovněž na hlavním dopravním pásu a navazujících komunikacích. Jejím hlavním cílem je totiž zachování plynulosti provozu na průběžné komunikaci a


64


tím i intenzity a hustoty na této komunikaci. Aplikace ramp meteringu v USA prokázala snížení nehodovosti v rozsahu od 15 do 50 %.

5.2.2 Mobilita a produktivita Ramp management může výrazně zlepšit provozní podmínky na komunikaci v podobě vyšší mobility a produktivity. Řízením počtu vozidel, kterým je umožněno vjet na hlavní dopravní pás, můžou být stanoveny limity založené na kapacitě hlavního dopravního pásu. Přínosy lze dosáhnout ve formě vyšší rychlosti dopravního proudu, kratší cestovní doby a menšího časového zdržení.

5.2.3 Environmentální efekty Mezi úrovní kvality dopravy a vlivem na životní prostředí je známá přímá korelace. Popojíždění vozidla v koloně s častým zastavováním a následnou akcelerací je z hlediska spotřeby paliva a produkce emisí nejnepříznivějším způsobem jízdy. Čím je nižší podíl dopravy ve stavu kongesce, tím menší je spotřeba paliva a celková produkce výfukových zplodin. Nižší spotřeba paliva rovněž přináší finanční úsporu provozovateli vozidla. Jakékoli řízení provozu, které přinese snížení počtu a trvání kongescí, znamená pozitivní vliv na životní prostředí v podobě snížení emisí. Řízení provozu může zvýšit kapacitu komunikace, v důsledku čehož projede daným profilem více vozidel než ve stavu kongesce. Celková produkce emisí však bude nižší díky efektivnějšímu způsobu spalování paliva a nižším specifickým emisím vozidel při vyšší rychlosti s nižším akceleračním šumem2.

5.2.4 Vnímání a spokojenost uživatelů Řízení dopravy a vyšší úroveň kvality mají i kvalitativní přínosy. Stabilní dopravní proud, snížená doba jízdy, vyšší bezpečnost, to všechno se pozitivně projeví na míře frustrace a stresu z dopravní situace u řidičů.

5.3

STRATEGIE ŘÍZENÍ KŘIŽOVATKOVÝCH VĚTVÍ

Kapitola čerpá především z publikace FHWA s názvem “Ramp management and freeway handbook”. Rozsáhlý nárůst dopravy v posledních letech, způsobený vyšší mobilitou a nárůstem stupně automobilizace způsobuje narůstání kongescí a zhoršování kvality dopravy. Mezi možnosti nápravy tohoto stavu patří:

2

•

výstavba nové infrastruktury

•

restrikce dopravy

Akcelerační šum je parametr dopravního proudu, který vypovídá o míře rovnoměrnosti jeho rychlosti. Definován je jako směrodatná odchylka akcelerací a decelerací od rovnoměrné rychlosti vozidla, tedy od nulového akceleračního šumu.


65


•

řízení dopravy

Výstavba nové infrastruktury plně řeší tento problém, ale je drahá, restrikce dopravy je také řešením, ale je politicky neúnosná, zatímco řízení dopravy je relativně levné a účinné. Strategie řízení vjezdu na větve mimoúrovňových křižovatek je jeden z prostředků řízení dopravy, který zvyšuje bezpečnost dopravy, snižuje možnost vzniku kongesčních stavů na rychlostních komunikacích a zvyšuje jejich kapacitu. Výběr typu a použití strategie řízení vjezdu na křižovatkové větve musí být založen na potřebách dané oblasti. Pokud je možné tyto potřeby řešit s pomocí řízení vjezdu, přináší tato technologie velký prospěch. Ačkoliv se jednotlivé cíle strategie mohou lišit, výsledná strategie musí být vždy vázaná na tyto oblasti: •

bezpečnost

•

mobilita

•

kvalita života

•

vliv na životní prostředí

•

vnímání a spokojenost řidičů

Řízení dopravy na mimoúrovňových křižovatkách se rozlišuje na: •

řízení vjezdu na křižovatkovou větev (Ramp metering)

•

uzavření větve (Ramp closure)

•

speciální úpravy (Special treatments)

•

úpravy na konci větve (Ramp terminal treatments)

5.3.1 Řízení vjezdu na větvi [Ramp Metering] Ramp metering byl poprvé zaveden ve Spojených státech v 60. letech minulého století. Ramp metering je použití světelné signalizace na křižovatkové větvi, která řídí vjezd vozidel na průběžnou komunikaci. Omezováním vjezdu vozidel z vedlejší komunikace je dopravní proud na rychlostní komunikaci plynulejší a lépe umožňuje využití svojí vlastní kapacity. Zlepšuje tím také bezpečnost dopravy na rychlostní komunikaci, protože zabraňuje nehomogennímu typu jízdy (stop-and-go). Ramp metering také zlepšuje celkové využití dopravního systému tím, že zvyšuje průměrnou kapacitu rychlostní komunikace a průměrnou rychlost na ní. Tím přispívá i ke snížení spotřeby pohonných hmot a emisí. Tabulka 28 Aplikace ramp meteringu a jeho efekty na plynulost a bezpečnost provozu v USA (zdroj: FHWA) Č. Místo Čas Maximální Rychlost Cestovní Počet Relativní intenzita [km/h] čas nehod nehodovost [voz/h] [min] 1

Portland, Oregon

01/1981 – 03/1982

26 > 66 (+ 60 %)

23 > 9 (- 60 %)

- 43 %


66


2.1

Minneapolis/St. Paul, Minnesota

1970 1984

+ 25 %

60 > 69 (+ 13 %)

- 24 %

- 38 %

2.2

Minneapolis, freeway management project

1974 1984

+ 32 %

55 > 74 (+ 35 %)

-27 %

- 38 %

3

Seattle, Washington

1981 1987

+ 74 %

4.1

Denver, Colorado

03.1981 09.1982

4.2

Denver, System Coordination Plan

1981 1989

6200 > 7350

69 > 80 (+ 14 %)

±0%

5

Detroit, Michigan

09.1982 09.1985

5600 > 6400

+8%

- 50 %

6

Austin, Texas

1970er

+ 7,9 %

+ 60 %

7.1

Long Island, New York

1989

7.2

Long Island, INFORM

1991

22 > 11 (- 50 %) + 57 %

47 > 56 (+ 16 %) +2%

64 > 71 (+ 9 %)

- 37 %

- 39 % -5% - 50 %

26 > 21 (- 20 %) - 15 %

Existuje několik aspektů souvisejících s ramp metering, které je třeba důkladně prověřit před rozhodnutím o zavedení tohoto opatření. Tyto aspekty ovlivňují, jak bude opatření fungovat: •

strategie dávkování vozidel

•

územní rozsah

•

metoda dávkování

•

algoritmus dávkování

•

řízení kolony

•

řízení dopravního proudu

•

signalizace

5.3.1.1 Strategie dávkování vozidel Úspěšná strategie nachází rovnováhu mezi zlepšením dopravního proudu na rychlostní komunikaci (zrychlení, zvýšení bezpečnosti) a minimalizací objemu ztrát z tvoření kolony a zdržení na křižovatkové větvi. Neexistuje několik strategií, ze kterých by si projektant mohl vybrat pouze jednu pro konkrétní případ, strategie ztělesňuje princip několika kroků rozhodování. Záleží především na primárním cíli celé strategie, může se jednat o zvýšení kapacity rychlostní komunikace, zabránění kongescím na této komunikaci, či snížení stupně nehodovosti v průletovém úseku.


67


5.3.1.2 Územní rozsah Územní rozsah opatření vychází z její strategie. Opatření mohou být zavedena pouze na jedné nebo více větvích, na jedné nebo více křižovatkách jedné rychlostní komunikace, nebo i na celém území. Záleží na tom, zda je problém pouze uzlový (v jedné křižovatce), nebo liniový (na celé trase jedné komunikace). Při uzlovém problému lze použít ramp metering samostatně pouze na jednom místě, ale pokud se jedná o liniový problém, je třeba zajistit dostatečnou koordinaci mezi jednotlivými křižovatkami. 5.3.1.3 Metoda dávkování Schéma řízení metody dávkování lze rozdělit na dva typy (místní a rozsáhlý), které dále se pracují podle dvou metod řízení (fixní čas a ovlivněný dopravou). Místní metoda řeší pouze lokální (uzlový) problém. Rozsáhlá metoda spojuje buď liniová opatření, nebo i celý systém liniových staveb. Dávkování dle fixního času je nejjednodušší a nejlevnější způsob ramp meteringu. Zároveň je značně těžkopádný, protože je založen na neaktuálních datech a je spouštěn podle předem vytvořeného časového rozvrhu. Dávkování ovlivněné dopravou využívá smyčky ve vozovce nebo jiný systém sledování dopravního proudu a podle zjištění vypočítává parametry dávkování vozidel při zachování daných podmínek na rychlostní komunikaci. Dále existuje ještě metoda dávkování „na poptávku“, která dávkuje vozidla tak, aby nedocházelo ke kolonám na křižovatkové větvi, míra dávkování je stejná nebo vyšší než je poptávka. Používá se na zvýšení bezpečnosti průpletu, případně na oddálení kongesce na průběžné komunikaci, či v místech, kde neexistuje jiná trasa. Používá se rovněž v místech, kde je ramp metering poprvé zaveden, aby si řidiči zvykli na toto opatření. Poslední metoda je „výběr provozovatele“, při které může provozovatel manuálně zapnout určitý cyklus a která se používá ve speciálních případech kolizí či zvláštních akcích. Tabulka 29 Výhody a nevýhody metod dávkování Metoda dávkování Fixní čas (místní i rozsáhlá)

Výhody • není potřeba detekční zařízení • není potřeba spojení TMC • jednoduché nastavení • zvyšuje bezpečnost přerušením proudu vozidel • může snížit kongesce,

Nevýhody • vyžaduje časté průzkumy, při změně dopravních podmínek se musí změnit parametry • obvykle dochází k větším restrikcím, než je třeba a tím dochází k tvoření zbytečných kolon a


68


pokud se objevují pravidelně každý den

Ovlivněná dopravou – místní

• lépe řeší kongesční stavy (hlavně nepravidelné kongesce) • provozní náklady jsou nižší než u fixní metody (není třeba manuální nastavování), tím se vyšší investiční náklady vrátí

Ovlivněná dopravou - rozsáhlá

časovým ztrátám • nelze měnit při neobvyklých situacích (např. nehoda) • vyšší investiční náklady a náklady na údržbu • potřeba údržby detekčního zařízení • změna je provedena až po vypuknutí problému, nepředchází mu • neřeší stav dopravy před ani za daným místem

• poskytuje optimální hodnoty v celém systému nebo koridoru

• vyžaduje detekční zařízení před i za křižovatkami

• některé algoritmy (např. fuzzy) mohou zahrnout několik charakteristik zároveň (např. hustota dopravního proudu na rychlostní komunikaci a zároveň délka kolony na větvi)

• vyžaduje spojení s centrálním počítačem • vyžaduje specialisty na kalibraci a zavádění • je dražší než místní metoda vzhledem k potřebě zdrojových dat a údržbě systému

5.3.1.4 Algoritmus dávkování Existuje několik algoritmů dávkování vozidel, většinou jsou vytvořené pro rozsáhlý dopravou ovlivněný model, i když mohou být použity i pro místní model. Algoritmus Minnesota Zone Tento algoritmus je založený na definování dávkovacích zón podél rychlostní komunikace či komunikací a na udržování konzistentní hustoty proudu vozidel z/do zóny. Algoritmus uvažuje s objemy vozidel vyjíždějících a vjíždějících do jednotlivých zón a dávkuje vozidla na větvích tak, aby udržel stálou hustotu na rychlostní komunikaci. Algoritmus si vybírá ze šesti možností dávkování, od žádného dávkování až k cyklu délky 24 s (to odpovídá míře dávkování 150 vozidel za hodinu). Algoritmus je založený na následujících rysech: •

délka kolony na větvi je vypočtena na základě detekčního měření, čas čekání je omezen stanovenou hodnotou a mírou dávkování se zvyšuje tak, aby byla tato podmínka naplněna


69


•

pro zjištění míry dávkování je na rychlostní komunikaci filtrováno měření ze smyček každých 30 s

•

volná kapacita na rychlostní komunikaci je vypočtena z měření objemu a rychlosti

•

dávkování je rozděleno na zóny, záměrem algoritmu je zachovat stejný počet vozidel vyjíždějících a vjíždějících do zóny

•

míra dávkování je vypočítána rozdělováním volné kapacity mezi zónami

Algoritmus Fuzzy Logic Algoritmus Fuzzy Logic má schopnost postihnout několik cílů najednou (vážením podmínek potřebných k dosažení daných cílů) a lze ho dolaďovat mnohem příjemnější formou (používá slovní proměnné, nikoliv matematické). Skupiny podmínek, které algoritmus používá, jsou: •

intenzita a rychlost v uzlu

•

intenzita a rychlost za uzlem

•

intenzita na větvi

•

kvalita napojení dopravy z větve do hlavní komunikace

Algoritmus SWARM (Systém-Wide Area Ramp Metering) Algoritmus SWARM je kombinací dvou metod, jedné rozsáhlé a jedné místní. Principem algoritmu pro rozsáhlou metodu je prognóza výhledových objemů dopravy na základě průběžně nasbíraných dat. Algoritmus pak navrhne takové dávkování, aby prognózovaným kritickým intenzitám zabránil. Místní metoda analyzuje pouze lokální problém a algoritmus SWARM pak vybere více restriktivní opatření z uvedených dvou částí. Další algoritmy Algoritmus Seattle Bottleneck Algoritmus Washington State DOT Fuzzy Logic Algoritmus Denver, Colorado Helper Algoritmus Northern Virginia 5.3.1.5 Řízení kolony Úspěch ramp meteringu závisí na schopnosti udržet plynulý dopravní proud na rychlostní komunikaci a zároveň přiměřenou kolonu na křižovatkové větvi. Pokud poptávka překročí míru dávkování a kapacita větve je překročena, dochází ke vzdutí kolony na okolní komunikace a tím ke zdržení a snížení bezpečnosti na konci kolon. Proto je třeba při ramp meteringu brát v úvahu i délku kolon.


70


Některé algoritmy vůbec nepočítají s délkou kolony, což může způsobovat rozsáhlé kongesce na okolních komunikacích, a proto se tyto algoritmy nedoporučuje požívat. Většina algoritmů s ní však počítá a řeší ji dvěma způsoby: •

vytvořením dostatečného prostoru i pro nejhorší případy kolony

•

detekcí kolony a přizpůsobením míry dávkování

detekční zařízení je umístěno na větvi před dávkovacím zařízením v kritických místech

když je v detekčním místě zjištěna kolona, míra dávkování je zvýšena

některé algoritmy umožňují zvýšení míry dávkování, když detektor zjistí kolonu, a další zvýšení míry dávkování provede, pokud kolona na detektoru trvá i po určitou dobu

některé systémy mají další detekční místo proti proudu kolony, aby mohly pružněji reagovat na délku kolony

některé algoritmy umožňují snížit míru dávkování proto, že na další křižovatce dochází k tvorbě kolony. Tím se sníží intenzita na této další křižovatce a může dojít ke zvýšení míry dávkování a zkrácení kolony.

některé algoritmy (např. Fuzzy Logic) uvažují délku kolony jako součást výpočtu míry dávkování

5.3.1.6 Řízení dopravního proudu Intenzita dopravního proudu na větvi závisí na několika faktorech, včetně délky větve, počtu pruhů a intenzitě dopravy na rychlostní komunikaci. Existují tři strategie řízení dopravního proudu na řízené křižovatkové větvi. Jsou to: •

jedno vozidlo na zelenou (jeden pruh)

•

dvě vozidla na zelenou (jeden pruh)

•

tandem (jedno vozidlo v každém pruhu na zelenou)

V následující tabulce je přehled těchto strategií, včetně jejich vlastností.


71


Tabulka 30 Strategie řízení dopravního proudu počet pruhů

délka cyklu (s)

rozsah míry dávkování (voz/h)

kapacita (voz/h)

1 vozidlo na zelenou

1

4 – 4,5

240 – 900

900

2 vozidla na zelenou

1

6 – 6,5

240 – 1200

1100 – 1200

tandem

2

400 – 1700

1600 – 1700

V závislosti na zkušenostech řidičů mohou být kapacity mírně vyšší. 5.3.1.7 Signalizace Jestliže je řízen vjezd na křižovatkovou větev, musí být řidiči včas upozorněni dopravním značením, které musí být nejen na větvi, ale i na okolních komunikacích. Dopravní značení musí informovat o funkčnosti ramp meteringu a zároveň musí dát řidičům instrukce, co mají dělat, pokud míří k řízené větvi. Řidiči musí být především varováni včas, že se blíží k řízené větvi, aby měli možnost změnit svoji trasu. Na okolních komunikacích se může použít například značka „Řízení vjezdu v provozu, když bliká světlo“ doplněná výstražným blikavým světlem. Toto musí být použito především v případech, kdy řízení vjezdu na větev je někdy zapnuto a někdy vypnuto. Řidič musí být včas informován o stavu na větvi. Dále musí být varování na větvi, jako potvrzení fungujícího řízení vjezdu. Dále je možné použít dodatkové značky u světelné signalizace, např. zastav na červenou, počkej na zelenou, x vozidel na 1 zelenou, utvoř dva pruhy (v případě, že běžně se na větvi používá jeden pruh a dopravní proud je řízen strategií tandem).

5.3.2 Uzavření větve [Ramp Closure] Uzavření větve patří k nástrojům s velkým vlivem na dopravní proud a používá se při dlouhodobých opatřeních. Vzhledem k velkému vlivu tohoto opatření na vzorec dopravního chování se uzavření větve používá jen zřídka, a to v případě, že neexistuje jiná možnost. Existují tři druhy uzavření křižovatkové větve: •

úplné

•

dočasné

•

dle rozvrhu

Úplné uzavření křižovatkové větve nutí vozidla, která chtěla tuto větev využít, aby si hledala náhradní cestu na rychlostní komunikaci. Uzavření větve musí být někdy doprovázeno jejím fyzickým odstraněním, aby nedošlo k falešné představě, že bude někdy opět otevřena. Úplná Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

72


uzavírka se používá jako poslední možnost při závažných bezpečnostních problémech a před její realizací je třeba pečlivě zvážit veškeré následky tohoto opatření. Dočasná uzavírka může být použita při nové výstavbě (aby se zabránilo styku se stavebními stroji), údržbě větve, speciálních akcích (např. průjezd nadměrného nákladu) nebo v případě, kdy je snížená bezpečnost na rychlostní komunikaci (např. vrstva sněhu, hromadná nehoda). Uzavírka dle rozvrhu se používá například v ranní špičce, kdy intenzita provozu na rychlostní komunikaci hraničí s kapacitou a mohlo by dojít ke kongesčnímu stavu. Problém této uzavírky je jednoznačné informování řidičů, kteří mohou být zmateni, zda-li je větev v provozu a je řízena ramp meteringem nebo je uzavřena. Doporučuje se proto další dopravní značení v dostatečné vzdálenosti od větve. Tabulka 31 Výhody a nevýhody uzavření větve uzavření větve úplné

výhody jednorázové náklady žádné další náklady

nevýhody významný vliv na vzorce dopravního chování sociálně ekonomický vliv

dočasné

menší vliv než úplná uzavírka snižuje nebezpečí konfliktu s vozidly stavby či údržby

dle rozvrhu

menší vliv než úplná uzavírka může významně zvýšit mobilitu během špiček nebo během doby, ve které se vyskytují kongesce

střední vliv na vzorce dopravního chování

střední vliv na vzorce dopravního chování provozní náklady větší nebezpečí nehod, je-li závora ovládána ručně

Uzavírky se obvykle provádějí automatickou závorou nebo manuálním osazením bariér na začátku křižovatkové větve, aby se zabránilo vjezdu na větev. Manuální bariéry jsou buď pevné, nebo přenosné. Vzhledem k tomu, že přenosné bariéry je možné přemisťovat z místa na místo, jsou zejména vhodné pro dočasné uzavírky. Je možné je využívat i v běžnějším provozu, ale vzhledem k náročnosti přepravy bariéry a nebezpečí ohrožení pracovníků, jsou pro tyto účely méně vhodné. Pevné bariéry jsou obvykle stabilně postavené závory, které se ovládají ručně, takže není třeba nic převážet a instalovat, nicméně jejich nevýhodou je menší flexibilita, vyšší náklady, potřeba dostatečného prostoru (např. pro otevírání závory) a bezpečnostní riziko překážky v blízkosti jízdního pruhu. Základní nevýhodou manuálních bariér je potřeba lidské obsluhy a bezpečnostní riziko pro ni.


73


Druhou variantou jsou automatické závory osazené na začátku či konci větve, které jsou dálkově ovládány, a není nutná fyzická přítomnost pracovníka na místě. Jako u všech automatických systémů, je třeba věnovat pozornost pravidelné údržbě a kontrole funkčnosti.

5.3.3 Speciální úpravy [Special Use Treatments] Speciální úpravy větve je nástroj, který věnuje zvláštní pozornost některým typům vozidel k zajištění bezpečnosti, zlepšení dopravních podmínek nebo k podpoře specifického typu dopravního chování. Úpravy zahrnují pruhy HOV (high occupancy vehicle – vozidla obsazená více než 2 – 3 osobami) a větve určené výhradně pro stavební vozidla, zásobování nebo záchranné vozy. Zavedení speciálních úprav vyžaduje, aby byly nejprve vyřešeny zákonné podmínky pro provoz těchto pruhů, a teprve poté může dojít k jejich úplnému využití. 5.3.3.1 Pruhy HOV Pokud je řízen vjezd na křižovatkovou větev, pruh HOV umožní vysoce obsazeným (HOV) vozidlům objet kolonu, pokud není řízen vjezd na větev, HOV vozidla jedou bez omezení hustším provozem na větvi. Projekt pruhů HOV musí být vytvořen tak, aby nemohlo dojít k nečekanému a nebezpečnému přejezdu z běžného pruhu do HOV pruhu. 5.3.3.2 Vyhrazené větve Speciálně vyhrazené větve mohou být určeny pro stavební vozidla, zásobovací vozy, záchranné vozy, ale také pro vozidla HOV a tranzit. Příkladem vyhrazené větve může být například větev z rychlostní dálnice na parkoviště P+R určená pouze pro vozidla využívající dané parkoviště. V USA je také v návrhu výstavba vyhrazených větví a pruhů pouze pro nákladní dopravu.

5.3.4 Úpravy konce větve [Ramp Terminal Treatments] K úpravám konce větve dochází v místech, kde je provoz na křižovatkové větvi omezován následnou křižovatkou se silnicí nižší třídy. Především se tento nástroj používá, pokud křižovatka omezuje dopravu takovým způsobem, že dochází ke vzdutí kolony z křižovatkové větve až na rychlostní komunikaci. Existují čtyři různé strategie úprav konce větve, které mohou zlepšit dopravní podmínky (např. dopravní proud, bezpečnost) na křižovatkových větvích a v jejich okolí. 5.3.4.1 Úprava signálních plánů Úprava signálních plánů na křižovatkách větví se silnicemi nižší třídy přináší zlepšení průjezdu vozidel opouštějících nebo najíždějících na rychlostní komunikaci, tím neomezuje dopravní proud na této komunikaci, snižuje časové ztráty řidičů a dále snižuje emisní zatížení způsobené čekáním v koloně. 5.3.4.2 Rozšíření křižovatkové větve Existuje několik důvodů pro rozšíření větve:


74


•

záložní prostor pro čekající vozidla (pokud kolona čekající na řízené větvi zasahuje do okolních komunikací a rozšířením větve by byl tento zásah odstraněn)

•

potřeba nového odbočovacího pruhu z větve před křižovatkou se silnicí nižší třídy (souvisí s úpravou signálních plánů)

•

nedostatek místa na větvi pro její údržbu

•

zřizování HOV pruhů

Záložní prostor pro čekající vozidla (anglicky „buffer“) funguje na principu lokálně zvýšené kapacity komunikace. Tato kapacita je navýšena vybudováním odděleného pásu komunikace s jedním až několika jízdními pruhy. Vytvoření záložního prostoru má význam v případě, že konec kolony zasahuje k další křižovatce či rampě, kterou tím blokuje a kolona se dále prodlužuje. Tato situace je schematicky zobrazena na následujícím obrázku. Obrázek 21 Zvýšení hustoty kolony pomocí vytvoření záložního prostoru

úzké hrdlo

blokovaná větev

úzké hrdlo

volný výjezd

záložní prostor

Záložní prostor je otvírán ve chvíli, kdy délka kolony dosáhne vjezdu do záložního prostoru. Řízení vjezdu do tohoto prostoru může probíhat buď příkazem pomocí proměnného dopravního značení, podáním informace o této možnosti anebo může probíhat zcela bez řízení a každý řidič se musí sám rozhodnout, zda záložní prostor využije či nikoliv. Podání informace o otevření záložního prostoru může být doplněno daty o délce kolony na průběžné komunikaci a délce kolony v záložním prostoru a příslušnými zdrženími.


75


Pokud není vjezd do záložního prostoru řízen, probíhá ve fázích dle následujícího obrázku. Obrázek 22 Proces zaplňování záložního prostoru bez řízení

Fáze 1

Fáze 2

Fáze 3

úzké hrdlo

Fáze 4

I po otevření záložního prostoru využívá většina řidičů průběžnou komunikaci (fáze 1). Kolona na průběžné komunikaci se prodlužuje rychleji než v záložním prostoru (fáze 2) a ve chvíli, kdy řidiči, blížící se k odbočce do záložního prostoru, vidí konec kolony, začnou více využívat záložní prostor. Délky kolon se vyrovnávají (fáze 3). Vidí-li řidiči ve chvíli rozhodování konec obou kolon, využívají spíše průběžnou komunikaci (fáze 4). Výjezd ze záložního prostoru může probíhat bez řízení nebo s pomocí světelně signalizačního zařízení. Na následujícím obrázku je fotografie mimoúrovňové křižovatky Terbregseplein v Nizozemí (A16 x A20) s vyznačením záložního prostoru jako dalších křižovatkových větví.


76


Obrázek 23 Záložní prostor na křižovatce Terbregseplein

5.3.4.3 Přidání nebo změna pruhů pro odbočování Pokud kolona z křižovatky větve se silnicí nižší třídy zasahuje na rychlostní komunikaci a nelze změnit signální plány ani rozšířit větev, lze vytvořit pravý odbočovací pruh, ve kterém bude kolona stát. Rovněž v opačném případě, kdy kolona z nájezdu na rychlostní komunikaci zasahuje do okolních silnic, je vhodné přidat odbočovací pruh i se současnou úpravou signálních plánů. Některé odbočovací pohyby mohou být zakázány z důvodu přeplněnosti větve, příliš dlouhé kolony, ale i bezpečnosti na křižovatce či snížení intenzity do některých směrů. V tom případě je třeba zhodnotit náhradní trasy těchto vozidel. 5.3.4.4 Přidání nebo změna dopravního značení Změnou vodorovného dopravního značení lze při dostatečné šířce větve zvýšit počet pruhů na větvi. Svislým dopravním značením je třeba komplexně informovat o stavu řízení křižovatky, počtu pruhů, jejich typech a směrech. Dopravní značení musí informovat řidiče o funkčnosti řízení vjezdu včas a opakovaně.

5.4

AKTUÁLNÍ STAV V ČR A VE SVĚTĚ

Řízení provozu v prostředí mimoúrovňových křižovatek v České republice je téměř neznámým pojmem. Známou aplikací je pouze využití světelné signalizace na Barrandovském mostě v Praze, v místě kapacitně nevyhovujícího průpletu. To ale není typický příklad ramp meteringu, jedná se zde o vytvoření běžné světelně signalizované křižovatky. Typickým příkladem uzavření křižovatkové větve je v Praze řízený vjezd do tunelu Mrázovka a do Strahovského tunelu. Než byl dokončen tunel Mrázovka, na konci Strahovského tunelu směrem do centra docházelo ke Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

77


kongescím. Aby vozidla nestále v tunelu v koloně, na začátku tunelu byla v provozu automatická závora, která dočasně zavírala tunel v období ranní špičky. Telematické aplikace v prostoru mimoúrovňových křižovatek jsou zatím v ČR pouze v teoretické úrovni. Zemí s největším počtem aplikací řízení provozu na MÚK je USA. Přistoupení k takovému řešení bylo vynuceno stále rostoucími dopravními kongescemi a stále se zmenšujícími možnostmi výstavby nové infrastruktury, což vedlo k tlaku na efektivnější využívání stávající infrastruktury. Obrázek 24 Příklad několikaúrovňových křižovatkových větví

5.5

BUDOUCNOST MÚK Z POHLEDU ŘÍZENÍ

Na nárůst dopravních problémů, provázaných kongescemi, lze reagovat několika způsoby: 1) Zvýšením kapacity •

výstavbou nové dopravní infrastruktury

Tento způsob přístupu řeší nedostatek kapacity silniční sítě výstavbou nové, resp. rekonstrukcí stávající do kapacitnější formy. Postup je akceptovatelný ve stádiu, ve kterém ještě není dokončena základní síť komunikací (např. dálniční propojení krajských měst). Přináší s sebou ale riziko indukce dopravy – výstavba sítě tedy nepřinese pouze novou kapacitu, ale rovněž nové objemy dopravy, které „přetáhne“ z jiných dopravních módů (HD). Řešení tedy může být kontraproduktivní. Zvlášť opatrně je potřeba postupovat při zavádění nové infrastruktury v intravilánu. •

pomocí nové technologie


78


Technologické řešení kongescí se prosazuje zejména v situacích, kdy rozšíření stávající kapacity výstavbou nové silniční sítě již není možné nebo žádoucí. Inteligentní dopravní systémy zabezpečí efektivnější využití stávající dopravní infrastruktury. 2) Snížením poptávky Snížení poptávky lze dosáhnout restriktivními ekonomickými opatřeními jako je např. zpoplatnění sítě, zpoplatnění vjezdu, zpoplatnění parkování, daňové zatížení nebo snížením mobility (např. prací doma) opět pomocí nových technologií (např. internet). Důležitým faktorem je taktéž dopravní plánování a funkční využití území (např. koncentrace obchodních aktivit na nevhodném místě, nebo v nevhodném rozsahu). 3) Přesunem na jiný dopravní mód Přesun na jiný dopravní mód lze dosáhnout podporou hromadné dopravy, měkké dopravy (cyklistická a pěší doprava) nebo alternativních způsobů dopravy jako je car sharing, car pooling apod. Forma podpory může být různá, např. zvýšení komfortu cestování, snížení ceny jízdného, zvýšení počtu spojů, zlepšením servisu (informace, služby) apod. Vhodná je kombinace s restriktivními opatřeními u individuální automobilové dopravy. Rozšiřování silniční sítě má svoje fyzické limity, nemůže proto trvale pokračovat. Je rovněž finančně vysoce náročné. Přechod na hromadnou dopravu či alternativní způsoby cestování nelze v současné době předpokládat. Navzdory negativním ekologickým dopadům (ve mnoha městech je doprava již primárním zdrojem znečistění ovzduší) je trend opačný, tj. individuální automobilová doprava roste na úkor hromadné. Souvisí to s růstem životní úrovně a postupnou změnou životního stylu, současný trend kopíruje trendy v ostatních vyspělých krajinách. Proto stále častějším přístupem k řešení kapacitních problémů bude zvyšování efektivity provozu pomocí inteligentních dopravních systémů. Lze tedy předpokládat, že řízených mimoúrovňových křižovatek bude postupně přibývat.


79


Obrázek 25 Možné přístupy k řešení stávajících kapacitních problémů v dopravě


80


6 SIMULACE Kapitola představuje pojem simulace, software pro simulaci a pojednává o jeho analytických možnostech. Největší pozornost je věnována softwaru VISSIM, protože je světově rozšířený a aplikovaný na široké spektrum dopravně inženýrských a plánovacích problémů. Zároveň patří ke špičce ve svém oboru a má za sebou množství aplikací v České republice i díky firmě CityPlan. Dalším důvodem pro VISSIM jsou jeho základní kalibrační data (pro dopravní chování). Ta byla sesbírána především v Německu, což je sousední země s podobnými podmínkami provozu. Mikrosimulace dopravního proudu se zabývá podrobnou studií pohybu vozidel na malém modelovaném území, a to s respektováním prostorového uspořádání území, dynamiky a skladby dopravního proudu, pravidel provozu a intenzity provozu včetně nahodilého rozdělení příjezdů vozidel a chodců v jednotlivých směrech. Využití takových modelovacích postupů umožňuje ověřovat řešení v řadě variant návrhu a provozních podmínek. Výsledkem celé mikrosimulace není jen trojrozměrný pohled na modelované území, ale i rozsáhlá statistika měřených údajů (rychlost, zdržení, hustota), na základě kterých lze sestavit hodnotící kritéria pro jednotlivé varianty. Mikrosimulace poskytuje důležité informace o stávajícím i výhledovém chování dopravního proudu, nicméně je to proces náročný na čas a potřebná vstupní data. Aby byl proces mikrosimulace efektivní, je třeba dodržovat následující zásady: •

Používat přiměřené nástroje simulace. Je třeba znát limity jednotlivých mikrosimulačních technik a zajistit jejich použití podle příslušných cílů a potřeb daných projektů tak, aby výsledkem byla odpověď na předem zadanou otázku.

•

Na proces mikrosimulace je třeba mít dostatek vstupních dat a dostatek času. V případě nedostatku výše uvedených parametrů je třeba použít jinou, méně náročnou, metodu, aby nedošlo ke snížení důvěryhodnosti mikrosimulačních metod.

•

Pro kvalitní výsledky projektu mikrosimulace je třeba mít kvalitní vstupní data.

•

Jakýkoliv mikrosimulační model je třeba kalibrovat na místní podmínky.

Počátky simulačních modelů (teorie) sahají do čtyřicátých let minulého století. V současné době existuje pod záštitou americké FHWA program Next Generation Simulation (NGSIM), kterého posláním je vytváření jádra otevřených behaviorálních algoritmů pro podporu dopravních simulací, s primárním zaměřením na mikroskopické simulace. Produkty tohoto programu budou obsahovat validované algoritmy a datové sety ve standardním formátu s příslušnou dokumentací. Budou rovněž volně distribuované a volně dostupné pro veškerou komunitu zabývající se mikroskopickou simulací. Společnost PTV, autor softwaru VISSIM, je rovněž členem skupiny softwarových developerů, participujících na projektu NGSIM. Následující obrázek ilustruje jeden z výstupů tohoto programu. Software VISSIM byl využit jako primární simulační nástroj pro další fázi výzkumu.


81


Obrázek 26 Dopravní mikrosimulační modely a jejich vývoj Key

Transportation Microsimulation Models Next Generation SIMulation

Research Influence Computer Science

Major Model/Research Model Implementation

Theory History and Implementation Snapshot by Model Type

Partial Model Implementation

Major Research Thread

Physics Psychology

Derived From

Theory History

Operations Research/Other

Implementation Snapshot * A IM S U N A R TE C MIS O R S IM C u D be yn a D sim R A C U H L A U TS IM In te gr M atio IT n S P IM ar am ic S im s Tr af S f U M ic Tr O er an sm V od IS S IM el W A TS im

Model Type

Economics

Route Choice Models (Route Modification) Deterministic Multinomial Probit Daganzo, 1979

Multinomial Logit Daganzo, 1977

User Equilibrium Wardrop, 1952

Strategic

Logit Kernel Han, et al, 2001

Cross Nested Logit Vovsha & Bekhor, 1998

C-Logit Cascetta, 1996

Probabilist ic Stochastic User Equilibrium Dial, 1971

Path Size Logit Ben-Akiva & Ramming, 1998

Binary Logit Mahmassani, 1990 Latent Reliability Perception Madanat, 1995

Dynamic User Optimal Ran & Boyce, 1996

Route Switching Latent Driver Class Analysis Pal, 1998

Multinomial Logit, Probit Models Khattak, 1993

Binary Logit, Bounded Rational Jayakrishnan & Mahmassani, 1991

Logit, Information Types Polydoropoulou, 1997

Lane Changing Models

Situational Awareness Suthankar, 1997

Aut onomous Vehicle Control

Stochastic Lane Changing Zhang, et al, 1998 Tactical Lane Changing Toledo, 2003

Adapt ive Acceleration

Tactical

Cooperative Lane Changing Hidas and Behbahanizadeh, 1998

Forced/Optional Lane Changing Fett, 1974

Rule-Based Yang & Koutsopoulos, 1996

Traffic Pressure Function Kosonen, 1999

Mandatory & Discretionary Deterministic Lane Changing Gipps, 1981

Discrete Choice Ahmed, et al, 1996

Risk Factor Analysis Halati, et al, 1997

Gap Acceptance Models (Opposing Flow) Neuro-Fuzzy Hybrid Model Rossi & Meneguzzer, 2002

Hybrid Exponential Distribution Method Herman et al, 1961

Probabilist i c

Hewitt’s Model Hewitt, 1993

Probit Behavioral Model Daganzo, 1981

Siegloch Method Siegloch, 1973

Lognormal Distribution Method Drew et al, 1967

Impatience Functions Mahmassani & Sheffi, 1981

Opposing Flow Model Raff, et al, 1950

Logit Behavioral Model Cassidy et al, 1995

Queuing Time Model Madanat, 1993 Parameter for Vehicle Wait Time Velan and Van Aerde, 1996

Determinist ic

Parameter for Two-Way Left Turn Lanes TRB, 1997

Parameter for U-Turns Al-Masaeid, 1997

Parameter for “Non-Standard” Unsignalized Intersections Gattis & Low, 1998

Driver Characteristics Study Hamed et al, 1997

Unified Microcosmic Model Wang & Wu, 2003

Acceleration Models (Car Following)

Operational

Mixed Flow Car-Following Models

Multi-Regime Acceleration Models Dynamic Car-Following Treiber, 2002

Intelligent Driver Fuzzy GHR Model, Kikuchi & Chakroborthy1992 Perceptual Thresholds Michaels, 1963

Discrete Multi-Regime Model Kosonen, 1999

RuleBased

Car-Driver Unit Psycho-Physical Wiedeman, 1974

Psycho-Physical Laplace Transformationbased Model Pipes, 1953

Non-Linear Optimal Velocity Newell, 1961

Behavioral Model Gipps, 1981

Single Regime Model Van Aerde & Rakha, 1995

Multi-Regime Model Benekohal & Treiterer, 1989

Desired Measure Linear Car-Following Model Chandler, et al, 1958 Kometani & Sasaki, 1958

Two-Regime Model Ceder & May, 1976

Triangular Acceleration Model Rioux, 1977

Stimulus-Response Non-Linear Car-Following Model Gazis, et al, 1961

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

by: Hranac, Chandra, Kovvali Cambridge Systematics, Inc.

with: Massachusetts Institute of Technology Siemens ITS Dowling Associates

For more information please check the NGSIM Website at http://ngsim.fhwa.dot.gov * March 2004: Version 1.1


82


6.1

MIKROSIMULACE A MODELOVÁNÍ

Mikroskopická simulace dopravního proudu Mikroskopická3 simulace je dynamické4 a stochastické5 modelování individuálních pohybů vozidel na dopravní síti. Každé vozidlo se pohybuje po dopravní síti krok za krokem (zlomek sekundy po zlomku sekundy) adekvátně k fyzikálním charakteristikám vozidla (délka, maximální akcelerace apod.) při zohlednění základních pravidel pohybu (akcelerační časy úměrné rychlosti, čas úměrný vzdálenosti apod.). Mikrosimulace umožňuje podrobnou čtyřrozměrnou6 počítačovou simulaci dopravního proudu s přesným časováním vjezdu vozidel, skladbou dopravního proudu a vlastnostmi jednotlivých kategorií a typů vozidel. Model Model je idealizovaná napodobenina časti reálného světa. Na základě matematických, logických a jiných vazeb se v něm popisuje, jak reagují jednotlivé části a prvky modelu na jiné. Je selektivní aproximací – selektivní proto, že vybírá jenom ty vazby, které jsou pro účel projektu směrodatné, a naopak zanedbává ty, jejichž vliv na chování modelu není významný. Výhodou modelu je, že na základě znalostí vazeb systému umožňuje předpověď chování tohoto systému za různých podmínek. Modelování dopravního jevu zahrnuje obvykle několik úloh, jako je sběr základních dat pro model, vývoj modelu a modelovací techniky, dolaďování a ověření zvolených modelovacích metod, využití modelu jako takového a využití, hodnocení a rozšíření výsledků modelování. Vytvoření mikrosimulačních modelů je vhodné pro následující projekty: •

dopravně provozní projekty, jako např. řízení SSZ, přednost veřejné dopravy, řízení dopravních nehod, různé modely vybírání mýtného,

•

specifické střety mezi různými uživateli dopravního prostoru, např. řidiči, chodci, cyklisté,

•

práce na silnici, např. uzávěrka jednoho jízdního pruhu, snížení rychlosti, •

politicky citlivé projekty, které mohou najít podporu díky 3D vizualizaci,

3

mikroskopická je označení pro simulaci menšího rozsahu, co se týče posuzované sítě, ale ve větších detailech (řádově od několika set čtverečních metrů po několik desítek čtverečních kilometrů plochy)

4

dynamické znamená, že přechody a změny v podmínkách jsou modelovány v průběhu simulace

5

6

stochastické znamená, že předpovídané chování systému podléhá náhodným variacím (stejný objem dopravy vstupující do sítě modelu může vést k mírně se lišícím výsledkům při použití odlišného parametru, který inicializuje generátor náhodných čísel) čtyřrozměrná simulace představuje prostorovou simulaci v čase (3D + čas)


83


•

plánování a projektování drahých projektů, ve kterých mikrosimulačního projektu dojít k velkým finančním úsporám,

•

dynamické řízení provozu, ve kterém je mikrosimulační model přímo zakomponován a využíván pro aktuální změny řízení,

•

studie městských center,

•

provoz tramvajových a příměstských tratí.

může

zpracováním

Všechny modelovací nástroje mají svá omezení a je proto vždy třeba vybrat nejvhodnější nástroj pro daný problém. Mikrosimulace vyžaduje mnohem více vstupních dat a času na zpracování než klasické modelovací postupy.

6.2

VYTVOŘENÍ SIMULAČNÍHO MODELU

Mikrosimulační model se vytváří v těchto krocích: •

identifikace rámce a cílů projektu a výběr příslušného softwaru,

•

vytvoření základního modelu,

•

kalibrace a validace modelu,

•

kontrola výstupů.

Kalibrace modelu patří k nejkritičtějším krokům ve výše uvedeném procesu. Je třeba ji provést tak, aby výstupní parametry měly akceptovatelnou úroveň přesnosti (viz kapitola 6.2.3. Kalibrace a validace modelu).

6.2.1 Identifikace rámce a cílů projektu Mikrosimulace se většinou používá na relativně malém území (jedna nebo více křižovatek) a v krátkém čase (několik hodin). Může do ní být zahrnuto velké množství vstupních dat, ale vždy je třeba je používat s ohledem na požadované cíle simulace. Před započetím vytváření modelu je třeba si odpovědět na následující otázky: •

Je tento projekt potřeba?

•

Jaké jsou charakteristiky daného projektu?

•

Na jaké otázky má projekt najít odpověď?

•

Jaké se budou posuzovat varianty?

•

Kdo je příjemce výsledků?

•

Proběhly konzultace se všemi zainteresovanými?

•

Jaké jsou dostupné podklady?

•

Jaké je měřítko projektu (územně i časově)?


84


Výběr vhodného softwaru (přehled v kapitole 6.3) pro zadaný projekt je ovlivněn celou řadou faktorů: •

vhodnost softwaru pro daný projekt a jeho schopnost řešit požadovaný problém (např. pěší),

•

schopnost softwaru obsáhnout potřebný rozměr projektu (územně i časově),

•

zkušenost projekčního týmu s daným softwarem,

•

podpora výrobce softwaru.

6.2.2 Vytvoření základního modelu Pro vytvoření základního modelu je třeba mít především dostatek vstupních dat. Vstupní data a prvotní kódování modelu je nejrozsáhlejší část mikrosimulace. 6.2.2.1 Příprava vstupních dat Vzhledem ke vzrůstající komplexitě softwaru na mikrosimulaci roste i potřeba většího rozsahu vstupních dat, která jsou potřeba jak pro vytvoření sítě, tak pro kalibraci a validaci modelu. Vstupní data se rozdělují na statická a dynamická. Statická data obsahují fyzické a technické vlastnosti dopravní sítě, jako např. tvar křižovatky, počty pruhů, šířka pruhů, pravidla přednosti a dají se získat z mapových podkladů a leteckých fotografií. Dynamická data zahrnují především dopravní poptávku (OD matice nebo křižovatkové intenzity) a také signální plány řízených křižovatek. Dopravní poptávku lze získat z dat automatických sčítačů v členění podle typu vozidel, ze směrového dopravního průzkumu, data o hromadné dopravě z jejích jízdních řádů, nebo z jiného, již zpracovaného, modelu. Dále je nutné zadat následující data: •

délky vozidel a jejich podíl v dopravním proudu,

•

rozdělení rychlostí vozidel v dopravním proudu,

•

zrychlení a zpomalení vozidel,

•

informovanost a agresivnost řidičů, schopnost řidičů změnit pruh, potřebná délka mezery, odstupy vozidel.

6.2.2.2 Kontrola chyb a výstupy Je třeba zajistit geometrickou správnost navrhované sítě, protože v případě chybné geometrie může dojít k ostré změně směru jízdy vozidel a tím ke snížení rychlosti a vzniku kongesce. Obecně je mikrosimulační software schopen poskytovat řadu statistických výstupů na úrovni linky, koridoru nebo plochy. Je schopen poskytnout charakteristiky dopravního proudu z virtuálních detektorů, simulujících automatické sčítače dopravy. Moderní simulační software navíc poskytuje kvalitní výstup v podobě vizualizace, který je důležitý pro kontrolu modelu a zároveň pro prezentaci výsledků laikům.


85


Typické výstupy: •

vizualizace dopravního proudu ve 2D nebo 3D;

•

statistické výstupy pro zadanou oblast:

•

intenzity na lince i odbočení,

cesty vozidel,

délka kolony,

hustota dopravy,

rychlost a zdržení,

cestovní čas,

další data, např. UKD.

parametry vztahující se k životnímu prostředí, např. spotřeba paliva a emise;

Je třeba si uvědomit, že standardní výstupy z mikrosimulačních modelů nejsou přímo schopné odpovědět na otázky správců komunikací. Po mikrosimulaci musí dojít k následné analýze a optimalizaci.

6.2.3 Kalibrace a validace modelu Kalibrace je proces, ve kterém dochází ke změně parametrů modelu tak, aby rozdíl mezi simulovanými daty a daty z průzkumu byl co nejmenší. Cílem kalibrace je zlepšit schopnost modelu popsat chování místního dopravního proudu (např. cestovní doba, zdržení, délka kolony) změnou parametrů původně zadaných výrobcem softwaru. Protože v mikrosimulaci je mnoho různých parametrů, je nutné vzít v úvahu tyto kroky: •

přijmout ty výchozí parametry, kterým lze důvěřovat,

•

omezit kalibraci na zpracovatelné množství parametrů,

•

globální parametry, které ovlivňují celý model, je třeba kalibrovat první,

•

ostatní parametry, které ovlivňují např. jeden úsek, jsou kalibrovány ve druhé vlně,

•

menší časový krok simulace dává přesnější výsledky, když je náročnější na výpočet,

•

před začátkem kalibrace je třeba „zaplnit“ síť vozidly a začít kalibrovat až poté, co vozidla přejela nejdelší cestu po modelované síti.

Následující čtyři kroky jsou doporučovány pro kalibraci mikrosimulačních modelů: •

kontrola dopravní sítě

Je třeba provést kontrolu fyzického znázornění sítě, včetně kontroly počtu pruhů na úseku, před i za křižovatkou, zadání správných signálních plánů, zadání autobusových zastávek a jízdních řádů, správnosti připojovacích a odbočovacích pruhů atd. Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

86


•

kalibrace kapacity

Kalibrace kapacity probíhá úpravou parametrů jak globálních, tak ostatních, linkových. Nejdůležitější z nich jsou kritická mezera pro změnu jízdního pruhu, reakční doba řidiče, zdržení při rozjezdu na světelně řízených křižovatkách, akceptovatelná mezera pro křížení atd. •

kalibrace poptávky

Poptávka je v mikrosimulačních modelech reprezentována dvěma způsoby. Buď intenzitami na úsecích, složením dopravního proudu a křižovatkovými intenzitami, nebo maticí zdroj x cíl, kterou model sám přiřadí na síť. Matice dopravní poptávky je vhodnějším vstupem, protože vozidla mají v modelu více možností dopředu plánovat svoji cestu včetně změny jízdního pruhu. Kalibrace dopravní poptávky se obvykle provádí na vybraných úsecích komunikací (např. na kordonu kolem zájmového území). •

kalibrace dopravního výkonu

Jako poslední krok kalibrace se provádí kontrola takových parametrů, jako cestovní čas, zdržení či délka kolony. Může dojít ke změnám rychlosti a kapacity na jednotlivých úsecích, ale změny musí být v souladu s předchozím krokem kalibrace, proto by se měly provádět šetrně. Průběh celé kalibrace je znázorněn na následujícím obrázku.


87


Obrázek 27 Proces kalibrace

Je užitečné si zadat určité cíle, jejichž dosažení určí, zda proběhla kalibrace správně. Jedná se například o součet všech intenzit na kordonu, intenzity na vybraných úsecích, či cestovní časy po vybrané trase. Americká FHWA a australská Austroads udávají kalibrační kritéria uvedená v následující tabulce.


88


Tabulka 32 Kritéria kalibrace modelu (dle FWHA) Kritéria (hodnoty modelové versus zjištěné)

Cíl kalibrace

Intenzity na kordónu (min. 5 sčítacích míst)

přesnost = 3%

Součet intenzit na kordónu do 20% nebo 200 voz/h

95% intenzit

do 10% nebo 100 voz/h

90% intenzit

do 5% nebo 50 voz/h

80% intenzit

Intenzita na vybraném úseku do 100 voz/h pro intenzitu do 700 voz/h do 15% pro intenzitu 700 až 2 700 voz/h

více než 85% případů

do 400 voz/h pro intenzitu nad 2 700 voz/h Součet intenzit na vybraných úsecích

přesnost = 5%

V Londýně použili v roce 2003 podobnou filozofii. Výstupy z modelu a zjištěné hodnoty se nesměly lišit o více než 5% v těchto parametrech: •

maximální intenzity na stopčarách podle typu vozidel

•

kapacity vstupů do křižovatky

•

maximální délka kolony na jízdní pruh

•

průměrné zdržení na vozidlo a pruh včetně autobusů

•

cestovní časy autobusů a ostatní dopravy

Mikrosimulační modely se používají především na analýzu dopravní sítě, kde se intenzita blíží kapacitě a dochází ke kongescím. V kongesčním stavu je většina mikrosimulačních softwarů nestabilní a vozidla „mizí“ uprostřed dopravní sítě, aby mohl model dále pracovat. Proto je nutné provést kalibraci na síti, která je zatížená méně než na hranici kapacity.

6.2.4 Validace modelu Validace může být definována jako srovnání výstupů z modelu s naměřenými daty, která ale nebyla použita na kalibraci. Obvykle se část naměřených dat použije na kalibraci a část na validaci. Například mohou být použity spotřeby času na jednotlivých úsecích pro kalibraci a celkové výkony pro validaci, podobným způsobem lze použít víc druhů dat, jak pro jednotlivé prvky sítě nebo plošně. Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

89


6.2.5 Kontrola výstupů Kontrola výstupů by měla být provedena nezávisle na jeho zpracování a měla by obsahovat: •

všeobecnou kontrolu chyb nezávislým expertem,

•

komparativní studie, zpracované na jiných modelech (je-li dostatek financí),

•

další statistické analýzy,

•

alternativní analýzy využívající odlišné scénáře.

Další možností kontroly modelu je provést jednoduchý test na jedné křižovatce a na něm sledovat saturaci před řízenou křižovatkou (v koloně) a rozdělení vozidel do jednotlivých jízdních pruhů před křižovatkou. Tento test potvrdí (příp. vyvrátí) vstupní parametry, protože obsahuje nejdůležitější prvky mikrosimulace, a to akceptovatelný odstup mezi vozidly, následování vozidla a změnu jízdního pruhu.

6.3

SYNERGICKÉ EFEKTY – UNIKÁTNÍ PŘEDNOST SIMULACE

Jedinečnou předností simulačních postupů při analýze a posuzování dopravních konstrukcí je komplexnost řešení ve smyslu postihnutí potencionálních synergických efektů vyplývajících ze vzájemného ovlivňování se jednotlivých dopravních konstrukcí a jejich uživatelů. Kombinace různých typů křižovatek v sledovaném území, dopravní řízení v daném prostoru, struktura uživatelů, technické řešení a další možné faktory společně generují výslednou situaci. Při separaci analyzovaného území na jednotlivé dopravní konstrukce lze analytickými nebo empirickými metodami dospět k vyhovujícím výsledkům, přičemž při komplexním posouzení simulační technikou může být výsledek jiný. Realita provozu na dopravní síti se nikdy neodehrává separovaně (nevázaně), lze pouze polemizovat o dosahu vlivu jednotlivých konstrukcí a jednotlivých faktorů. Kvantita, pestrost, charakter vlivů a jejich možné variace prakticky neumožňují přesně předpovědět budoucí stav. Na rozdíl od separace na dílčí konstrukce a jejich posouzení, které může v některých případech vést k závažným chybám, simulace umožňuje nejvíc se prognosticky přiblížit k realitě. Se synergickými jevy je možné se setkat nejčastěji v těchto situacích: •

Lokalizace dvou křižovatek kriticky blízko sebe (měně než 100 m):

Kombinace stejných křižovatek z pohledu řízení: Situování dvou nebo více mimoúrovňových křižovatek v těsné blízkosti většinou nepřináší negativní synergické efekty, jsou-li tyto kapacitně vyhovující.

Kombinace různých druhů křižovatek z pohledu řízení: Situování světelně signalizované křižovatky v blízkosti mimoúrovňové křižovatky může vést k nárazovým kapacitním deficitům způsobeným dávkováním vozidel podle signálního plánu.


90


•

6.4

Kombinace různých druhů dopravy:

Nárazové nebo kontinuální pěší proudy (křižování komunikace po výstupu z vozidla hromadné dopravy, ukončení hromadné kulturní, společenské nebo sportovní akce);

Blokování křižovatky nebo její části kolejovou dopravou;

Blokování okružního pásu vlivem zastavení před přechodem pro chodce na výjezdu a následným vytvořením kolony zasahující až do okružního pásu.

KOMPLEXITA MODELU VERSUS CHYBOVOST MODELU

Uživatelé mikrosimulačních modelů by si měli být vědomi, že detailnější model nemusí vždy vést k redukci celkové chyby modelu. Je to dáno tím, že chyba ze specifikace modelu se snižuje se zvyšující se komplexitou modelu, ale na druhé straně se zvýšením komplexity modelu zvyšuje kvantita vstupních dat a roste tedy chyba měření (kvantifikace vstupních proměnných). Na základě uvedeného existuje optimální stupeň komplexnosti modelu, tedy takový, při kterém je suma resp. spolupůsobení obou druhů chyb (chyba měření, chyba specifikace modelu) nejnižší. Rovněž platí, že efekt nesprávných vstupních dat nelze eliminovat vyšší komplexností modelu. Uvedené platí pro všechny modely, simulační nebo analytické [Akcelik]. Graf 6 Komplexita modelu (míra specifikace) versus chyba modelu [Akcelik, původně Alonso, Richardson]


91


6.5

SOFTWARE PRO MIKROSKOPICKOU SIMULACI

Tabulka 33 Přehled mikrosimulačních modelů podle evropského projektu SMARTEST s doplněním městské meziměstské kombinované automatizované jiné (extravilánové) (městské a silniční systémy meziměstské) ARTWORK AUTOBAHN AIMSUN PHAROS ANATOLL CASIM CARSIM CORSIM SHIVA MIMIC CASIMIR FOSIM DYNASIM SIMDAC PARKSIM DRACULA FREEVU FLEXSYT II SMART-AHS TRARR HUTSIM FRESIM INTEGRATION SMARTPATH TRGMSM MICSTRAN INTRAS MELROSE SPEACS VTI MISSION MIXIC MICRO MITRAM PELOPS MICROSIM MULTSIM SIMCO MITSIM NETSIM SISTM PARAMICS NEMIS 9 WEAVSIM PLANSIM-T PADSIM SIMTRAFFIC SCATSIM TRANSIMS VISSIM* SIGSIM SIMNET SITRA-B+ SITRAS STEER STEP THOREAU tiss-NET WIN TRAFFICQ * Software VISSIM byl využit pro testování alternativ (zjišťování kapacity křižovatek, vjezdů apod.) •

VISSIM Produkt firmy PTV Karlsruhe (Německo). Jedná se o sofistikovaný, na chování řidičů založený a univerzálně použitelný simulační nástroj. Jeho detailnější popis je předmětem kapitoly 6.6. http://www.english.ptv.de/cgi-bin/traffic/traf_vissim.pl

•

PARAMICS Software distribuovaný firmou Quadstone (UK). Je to stochastický mikroskopický model, který analyzuje dopravní provoz, založený na individuálním chování řidičů a charakteristikách vozidel. K definici silniční sítě využívá strukturu spojnic a uzlů a zdrojcíl matici přepravních vztahů k definici cest přes silniční síť. Výstupy zahrnují technická data měření efektivity (zdržení, rychlost apod.) a animaci vozidel pro vizuální inspekci.


92


http://www.paramics-online.com/home/home.htm •

AIMSUN (Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-Urban Networks) Produkt firmy TSS-Transport Simulation Systems (Španělsko). AIMSUN pracuje na principu mikroskopické simulace. Chování každého vozidla v síti je kontinuálně modelováno v průběhu časové periody simulace na základě různých modelů chování (např. sledování vozidla, změna pruhu). Systém umožňuje vysoce detailní modelování silniční sítě, rozlišuje mezi různými typy vozidel a řidičů, umožňuje se zaobírat širokou škálou síťové geometrie. Taktéž dokáže modelovat nehody, konfliktní manévry apod. http://www.aimsun.com/site/content/category/1/4/8/

•

SimTraffic

Produkt firmy Trafficware (USA) umožňuje mikrosimulaci a animaci automobilové dopravy. Modeluje světelně řízené i neřízené křižovatky, silnice a různé druhy vozidel. Výstup je jednoduchý, v 2D prostředí. http://www.trafficware.com/ •

TSIS/CORSIM

Produkt McTrans (USA), kompletní dopravně simulační balík pro světelně řízené křižovatky, silniční systémy nebo jejich kombinace. Jde o komplexní balík, nabízí množství aplikací jako např.: dopadové studie, světelné signalizace – časování, koordinace, ramp metering, detekce a řízení nehod, mýtnice a mnoho dalších. http://mctrans.ce.ufl.edu/featured/TSIS/ •

Dynasim

Produkt firmy Dynalogic (Francie). Je to mikroskopický, stochastický model. Umožňuje 3D vizualizaci. http://www.dynasim.fr/ •

DRACULA (Dynamic Route Assignment Combining User Learning and Micro-simulation)

Mikroskopický dynamický stochastický model, vyvinutý v Institute for Transport Studies na Univerzitě v Leedsu. Je součástí balíku programů s názvem SATURN. http://www.its.leeds.ac.uk/software/dracula/ •

Seznam a odkazy na další simulační http://www.microsimulation.drfox.org.uk/links.html

nástroje

lze

najít

např.


na

93


6.6

DOPRAVNÍ MODEL V PROGRAMU VISSIM – VSTUPNÍ DATA

Model dopravního proudu ve VISSIMu je diskrétní, stochastický, na časových krocích založený mikroskopický model, kde jednotka vozidlo – řidič je jednou entitou. Model dopravního proudu obsahuje psycho-fyzikální „car following“ model pro podélný pohyb vozidla a algoritmus založený na pravidlech pro laterální pohyby (v příčném směru). Model je nazýván psycho-fyzikálním, protože umožňuje kombinaci psychologických aspektů a fyziologických omezení řidičova vnímání. Schopnost řidiče vnímat rychlostní rozdíly a odhadovat vzdálenosti se v populaci řidičů liší, stejně jako požadovaná jízdní rychlost a bezpečnostní odstup. Tyto individuální schopnosti řidiče jsou v modelu zohledňovány. Rovněž jsou zohledňovány individuální fyzikální vlastnosti vozidel (délka, akcelerace apod.). Model taktéž obsahuje logiku pro změnu jízdního pruhu, přičemž rozeznává dva druhy změny pruhu: •

vynucená [necessary] změna pruhu – vyplývá z potřeby zvolené trasy, jde o odpojení, připojení nebo odbočení,

•

nevynucená [free lane change] změna pruhu – vyplývá z individuálních prostorových a rychlostních potřeb řidiče.

Model dopravního chování je možné definovat rozličně pro různé druhy komunikací. Rovněž různé druhy vozidel mají různou vlastní dynamiku (akcelerace, decelerace, maximální rychlost) a tedy různý vliv na dopravní proud. VISSIM umožňuje simulaci všech účastníků dopravy včetně chodců a cyklistů, nebo třeba osob s omezenou mobilitou.

6.6.1 Zrychlení a zpomalení vozidla Vissim nepoužívá konstantní hodnotu zrychlení, ale pracuje s funkcí zrychlení v závislosti na rychlosti. Pro každý druh vozidla se zadávají dvě zrychlovací funkce a dvě zpomalovací funkce. Jedna je maximálně technicky možná a druhá běžná.

6.6.2 Vstupní funkce 6.6.2.1 Distribuce rychlostí Pro každý typ vozidla je zadána minimální a maximální rychlost a funkce mezi nimi v závislosti na kumulativním podílu vozidel. Touto rychlostí pojede vozidlo, které není ovlivněno jiným vozidlem. 6.6.2.2 Distribuce hmotnosti a výkonu Distribuce hmotností a výkonů nákladních vozidel se provádí podobným způsobem jako rozdělení rychlostí. Zadává se maximální a minimální hodnota a průběh mezi nimi v závislosti na Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

94


kumulativním podílu vozidel dané skupiny. Vissim navíc kontroluje podíl výkonu a hmotnosti a v případě, že dosahuje „nesmyslných“ kombinací, zadá nejbližší možnou hodnotu. Obecně uvažuje tento podíl v rozmezí 7 až 30 kW/t. 6.6.2.3 Distribuce času zdržení Ke zdržení vozidla dochází na parkovišti, u dopravní značky Stop, u mýtnice a pro prostředky hromadné dopravy na zastávkách. Distribuce času zdržení se zadává buď střední hodnotou a odchylkou, nebo empiricky, obdobně jako rychlost.

6.6.3 Typy a třídy vozidel 6.6.3.1 Typy vozidel Vedle základního členění vozidel na osobní, nákladní, autobusy atd. mohou být vytvořeny typy lišící se ve velikosti, možnosti zrychlení či rychlosti. U každého zadaného typu vozidla lze definovat délku, šířku, obsazenost, barvu (pro 3D zobrazení), zrychlovací a zpomalovací funkce, hmotnost, výkon, koeficienty ceny a vybavení (např. vybavení navigací), přístup k parkování, případně u externích modulů lze zadávat emisní parametry, speciální modely chování řidičů atd. 6.6.3.2 Třídy vozidel Třídy vozidel představují logickou skupinu dříve jmenovaných typů vozidel. Některé typy ale mohou být uvedeny ve dvou či více třídách.

6.6.4 Dopravní chování řidičů Oba modely, jak pro podélný pohyb vozidla („car following“), tak pro změnu jízdního pruhu („lane change“) používají velké množství vstupních parametrů. Některými z nich můžeme měnit dopravní chování řidičů. Typ dopravního chování řidičů je přiřazen každé lince podle typu linky. Pro každou třídu vozidla mohou být změněny parametry dopravního chování. 6.6.4.1 Wiedemannův přístup Model je založen na pracích Wiedemanna [25], [26], jehož základní myšlenka modelu „car following“ je předpoklad, že řidič se může nacházet ve čtyřech jízdních módech: •

volná jízda [free driving] – řidič není omezován jinými vozidly, rychlost vozidla osciluje okolo řidičovy požadované rychlosti,

•

přibližování [approaching] – proces adaptace řidičovy požadované rychlosti k rychlosti pomalejšího vozidla,

•

následování [following] – řidič následuje vozidlo před sebou při zachovávání bezpečného odstupu, jeho rychlost následkem nedokonalého řízení mírně osciluje,

•

brzdění [braking] – aplikace zpomalování (decelerace) v rozsahu průměrné – maximální, ke které dochází v případě potřeby výraznějšího snížení rychlosti nebo zastavení.


95


Pro každý mód je zrychlení dáno jako výsledek rychlosti, rozdílu rychlostí, vzdálenosti a specifických parametrů vozidla i řidiče. 6.6.4.2 Podélný pohyb vozidla („car following“) Základními parametry jsou rozhled vpřed a vzad, minimum a maximum (v metrech), počet sledovaných vozidel a přechodná ztráta pozornosti (doba a pravděpodobnost výskytu). Dále je nutné vybrat jeden z předdefinovaných modelů chování a jejich parametry: •

•

•

Wiedemann 74 – vhodný pro intravilánové modely

průměrná vzdálenost stojících vozidel

doplňková část bezpečné vzdálenost

multiplikační část bezpečné vzdálenosti

Wiedemann 99 – vhodný pro modely rychlostních komunikací

průměrná vzdálenost stojících vozidel

odstup, který si chtějí řidiči zachovat (v s) – čím opatrnější řidič, tím větší odstup

bezpečná vzdálenost je definována jako minimální vzdálenost, kterou řidič udržuje sledováním předchozího vozidla. V případě vyšších intenzit tato vzdálenost více ovlivňuje kapacitu

„variace sledování“ (following variation) udává rozptyl bezpečných vzdáleností, bezpečná vzdálenost se pak pohybuje mezi bezpečnou vzdáleností a bezpečnou vzdáleností + variací sledování

práh pro začátek sledování (thereshold for entering following) kontroluje začátek zpomalování, tzn. kdy řidič zaznamená před sebou pomalejší vozidlo, neboli jak dlouho předtím, než řidič dosáhne bezpečné vzdálenosti, začne brzdit

práh sledování (following thereshold) řídí rozdíl rychlostí během sledování. Čím menší hodnoty, tím více citlivá reakce na předchozí vozidlo

vliv vzdálenosti na kmitání rychlosti (speed dependency of oscillation) ve fázi sledování. Čím vyšší hodnota, tím větší kmitání rychlosti při větší vzdálenosti za předchozím vozidlem. Při hodnotě 0 je kmitání nezávislé na vzdálenosti k předchozímu vozidlu.

aktuální zrychlení při kmitání

zrychlení stojících vozidel (maximálně však dle funkce zrychlení)

zrychlení na 80 km/h (maximálně však dle funkce zrychlení)

žádná interakce – vozidla nerozeznávají jedno druhé, lze použít například ve zjednodušených modelech pěších


96


6.6.4.3 Změna jízdního pruhu Ve VISSIMu existují dvě příčiny změny jízdního pruhu: •

vynucená změna pruhu – z důvodu dosažení cíle cesty – pro tuto změnu lze definovat agresivitu pomocí definování parametrů zpomalování pro vozidlo měnící pruh a vozidlo koncové v novém pruhu

•

volná změna jízdního pruhu – z důvodu vyšší rychlosti nebo většího odstupu

V obou případech musí řidič nejprve nalézt vhodnou mezeru mezi vozidly v pruhu, do kterého chce přejet. Velikost mezery je závislá na rychlosti jak vozidla měnícího pruh, tak vozidel v budoucím pruhu tohoto vozidla. Parametry změny jízdního pruhu: •

způsob předjíždění

volné – předjíždění možné všemi pruhy

předjíždění zleva – pouze pokud je rychlost v levém pruhu vyšší než 60 km/h, pro nižší rychlosti je možné předjíždět rychlostí maximálně o 20 km/h vyšší

•

čekací doba, po kterou vozidlo čeká na vhodnou mezeru mezi vozidly. Po dosažení této doby je vozidlo odebráno ze simulace a toto je zapsáno do chybového hlášení

•

minimální odstup od vozidla pro změnu jízdního pruhu ve fázi stojících vozidel

•

časový odstup mezi vozidly v pomalém pruhu, při kterém už se předjíždějící vozidlo vrátí mezi předjížděním do pomalého pruhu

•

faktor redukce bezpečné vzdálenosti během změny pruhu

•

maximální zpomalení při kooperativním brzdění – týká se vozidla, kterému jiné vozidlo vjede do jízdního pruhu při předjíždění

6.6.4.4 Boční chování Parametry bočního chování umožňují vozidlům se předjíždět v rámci jednoho jízdního pruhu, jeli dostatečně široký. Jsou to tyto parametry: •

umístění vozidla v rámci jízdního pruhu (uprostřed, vpravo, vlevo)

•

sledování boční pozice ostatních vozidel – je dodržována minimální boční vzdálenost vozidel

•

kolona ve tvaru diamantu

•

vozidla, která mohou být předjížděna v rámci jednoho jízdního pruhu (např. cyklisté)

•

minimální boční vzdálenost pro tato vozidla


97


6.6.4.5 Světelně signalizační zařízení Rozhodovací model reakce na žluté světlo: •

průběžná kontrola – řidiči předpokládají, že žluté světlo bude svítit ještě 2 sekundy a podle toho se rozhodují, zda pokračovat v jízdě či zastavit

•

jedno rozhodnutí – pravděpodobnost toho, že řidič zastaví je dána funkcí se třemi parametry (alfa, beta 1 a 2)

Dále se zadává redukční faktor hodnoty bezpečné vzdálenosti v určeném úseku před a za stopčárou. 6.6.4.6 Změna saturace Ve Vissimu je saturace výsledkem kombinace mnoha parametrů zadávaných do simulace. Saturace nemůže být přímo definována, ale zkušený uživatel může změnit parametry chování řidičů tak, aby došlo ke změně saturace. Saturace je definována jako počet vozidel, které mohou plynule projet po jedné lince sítě za jednu hodinu. Existují dva modely podélného pohybu vozidla („car following“) - viz. kapitola 6.6.4.2 – Wiedeman 74 a Wiedeman 99. Mimo parametry těchto modelů je saturace závislá také na rychlosti, podílu nákladních vozidel, počtu jízdních pruhů, atd. V modelu Wiedeman 99 má největší vliv na saturaci odstup mezi vozidly.

6.6.5 Typ chování vozidla na lince Vissim poskytuje několik předdefinovaných typů dopravního chování (viz kapitola 6.6.4), které lze přiřadit individuálně na každou linku a typ vozidla. Mezi tyto předdefinované typy patří motorizované typy (městský typ, typ pravidla pravé ruky a typ volného výběru pruhu) a nemotorizované (pěší a cyklisté).

6.6.6 Definice sítě Dopravní síť je ve Vissim definovaná část jako statická a část dynamická. Statická část sítě obsahuje: •

linku s jejími koncovými, případně mezilehlými body

•

napojení jednotlivých linek

•

umístění a délku zastávek hromadné dopravy

•

umístění a délku detektorů

•

umístění detektorů pro hromadnou dopravu

Dynamická část popisu sítě, která je nezbytná pro dynamickou simulaci dopravy, obsahuje: •

intenzity dopravy včetně složení dopravy

•

umístění rozhodovacího bodu pro výběr trasy


98


•

pravidla přednosti na nesignalizovaných křižovatkách, zákazy odbočení a zákazy stání na žlutých plochách

•

umístění dopravních značek

•

trasy prostředků hromadné dopravy a časy jejich odjezdů

Pro měření efektivnosti návrhu se zadávají následující parametry do dopravní sítě:

6.7

•

sčítací body (místní měření, např. intenzita a rychlost)

•

úseky měřící jízdní dobu a zdržení

•

sčítače kolon (pro vyhodnocení délky a doby kolony).

KALIBRACE MODELU

Kalibrace je proces, ve kterém dochází k nastavení původních parametrů standardního modelu chování řidičů zahrnutého v programu VISSIM na takové hodnoty, které budou odpovídat lokálním podmínkám (např. podmínkám čtyřpruhové dálnice, podmínkám městské komunikace krajského města, nebo podmínkám provozu na nejzatíženější 6-ti pruhové dálnici v ČR). Proces kalibrace je nutný z důvodu existence národních odlišností v chování řidičů a rovněž z důvodu odlišností ve způsobu řízení dopravy neboli v dopravních předpisech. Kalibrace je, jinak řečeno, nastavení jakýchsi „aretačních šroubků modelu“ takovým způsobem, aby porovnávaná empirická data a data získaná simulačními technikami vykazovala shodu v požadované míře. Program VISSIM byl jeho developerem kalibrován na základě četných měření a experimentů vykonaných v Německu a USA. V Německu nejsou dálnice rychlostně omezeny plošně předpisem, ale přibývají stále další úseky, kde k rychlostnímu omezení dochází, a to zejména v úsecích vysoce zatížených. Výběr jízdního pruhu je podmíněn pravidlům – předjíždění je možné pouze zleva a v případě dostatku místa a času pro jízdu v pomalejším pruhu je povinnost se do něj zařadit. Výsledkem německého chování na dálnici je pak maximální hodnota intenzity dopravního proudu v jednom jízdním pruhu kolem 1800 voz/hod. Specifikem je také skutečnost, že při vyšších intenzitách dopravního proudu dochází k největším intenzitám v levém pruhu z důvodu nemožnosti předjíždět z pravé strany a širokému rozptylu požadovaných rychlostí vozidel. Oproti tomu v USA není volba pruhu striktně omezována a je možné předjíždění i z pravé strany, což má za následek vyšší kapacity amerických dálnic. Americký styl řízení je při vyšších intenzitách charakteristický menšími odstupy mezi vozidly. Další charakteristikou je menší oscilace rychlostí jednotlivých vozidel a menší rozptyl rychlostí vozidel v dopravním proudu, tedy vyšší harmonizace rychlosti. K nestabilnímu dopravnímu proudu pak dochází kolem hodnoty 2400 voz/hod/1 jízdní pruh. Proto jsou základní kroky liniového řízení dopravy na dálnicích v SRN prostřednictvím PDZ při narůstající intenzitě dopravy tyto: Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

99


•

Krok 1 – zákaz předjíždění nákladních automobilů,

•

Krok 2 – stanovení maximální povolené rychlosti (dle hustoty postupně 110, 100, 80, 60 km/h).

Na základě analýzy dat z automatických sčítačů dopravy na dálnici D1 bylo zjištěno, že v České republice, rovněž jako v Německu, dochází k poměrně velkému rozptylu požadovaných rychlostí. Dopravní předpisy týkající se využívání jednotlivých pruhů a předjíždění jsou podobné. Rozdíl je v tom, že v ČR jsou všechny dálnice rychlostně omezené (i přesto už zmíněný široký rozptyl rychlostí i přes rychlostní limit 130km/h). K zásadnímu rozdílu oproti Německu však dochází ve způsobu chování řidičů především při nižších intenzitách – značný podíl českých řidičů totiž nerespektuje pravidlo řazení se do pomalejšího pruhu v situaci, kdy je tam pro ně prostor a dostatek času. To vede k mnohem vyšším intenzitám právě v levém pruhu a nízkým intenzitám v pruhu pravém i při nižších intenzitách v celém směrovém pásu. Právě toto české specifikum je nutné zakomponovat do modelu pro realistické zobrazení dopravního proudu. Některé parametry mikrosimulace lze ponechat tak, jak je běžné v Německu (a jak jsou od výrobce nastaveny), některé je třeba přizpůsobit českým podmínkám a některé je třeba upravovat vždy na konkrétní projekt simulace. Parametry ponechávané od výrobce: •

akcelerace a decelerace; Tyto hodnoty nejsou k dispozici ze sčítání dopravy, ale získávají se při jízdních experimentech za použití speciální techniky. Množství takových experimentů bylo vykonáno firmou PTV Karlsruhe a jejími akademickými partnery v Německu. Vzhledem k porovnatelnosti vozového parku Německa a ČR, hodnoty akcelerace resp. decelerace nebyly měněny.

•

boční chování;

•

chování řidičů:

dopravní chování řidičů agresivita řidičů (způsob změny pruhu, předjíždění, řazení)

reakce řidičů na podněty (brzdění, následování vozidla, reakční doba)

Parametry přizpůsobené českým podmínkám: •

délky a šířky vozidel,

•

distribuce rychlosti – viz kap. 7.1.4 Distribuce rychlostí,

•

odstupy vozidel – viz kap. 7.1.3 Analýza časových odstupů,

•

změna jízdního pruhu – viz kap. 7.1.5 Změna jízdního pruhu,

•

hmotnost a výkon vozidel.


100


Parametry přizpůsobené konkrétnímu projektu:

6.8

•

distribuce času zdržení,

•

sklonové a směrové parametry komunikací,

•

šířky a počty jízdních pruhů,

•

prvky pravidel silničního provozu (možnost manévrování vozidel z pruhu do pruhu),

•

skladba dopravního proudu,

•

SSZ.

ANALYTICKÉ MOŽNOSTI SIMULAČNÍHO SOFTWARU

Informace uvedené v této kapitole plně platí pro software VISSIM. U jiných softwarových produktů je dostupnost dané funkce či možnosti nutno ověřit (viz webové stránky produktů v kapitole 6.5). Každý simulační program pracuje s určitým teoretickým příjezdovým modelem, který zabezpečuje dávkování určeného množství vozidel do simulovaného prostoru v průběhu simulovaného časového intervalu. Obvykle je časový interval nastaven na 1 hodinu. V případě, že jsou známy značné disproporce mezi jednotlivými sub-intervaly v rámci hodinového intervalu (např. různě zatížené čtvrthodiny), je třeba vjezdy vozidel do modelu simulovat separátně pro tyto subintervaly. V případě simulace komplexních dopravních sítí, složitých uzlů, řešení balancujícího na hraně kapacitních možností nebo všeobecně v případě dopravního prostředí senzitivního na příjezdový model (myslí se příjezd vozidla do simulované sítě, jeho start v modelu) je potřeba simulaci provést několikrát, vždy s modifikací parametru příjezdového modelu. Pak je třeba zhodnotit všechny simulační stavy a interpretovat výsledek.

6.8.1 Měření a statistické vyhodnocování zdržení na uzlu Při navrhování a zejména posuzování jakýchkoli křižovatek je jedním z důležitých hodnotících kritérií časové zdržení. Časové zdržení je za standardních povětrnostních podmínek závislé na druhu křižovatky, jejím geometrickém uspořádání, skladbě dopravního proudu, intenzitě a dopravním chování. Všechny uvedené vlivy lze simulačním nástrojem postihnout. Definice zdržení: a)

geometrické zdržení – zdržení způsobené geometrií křižovatky, je to rozdíl v čase průjezdu vozidla při přímém vedení a při vedení křižovatkou za absence jiných vozidel v dopravním proudu,

b)

dopravně závislé zdržení – zdržení způsobené přítomností jiných vozidel v dopravním proudu a nutností dát přednost nadřazenému proudu, je to rozdíl mezi časem dosaženým


101


v případě neomezovaného průjezdu křižovatkou (bez přítomnosti jiných vozidel) a časem při konkrétním dopravním zatížení. Při stanovování dopravně závislého zdržení lze v softwaru VISSIM zvolit místo (přesněji profil) počátku a konce měřeného průjezdu křižovatkou. Zdržení lze vyhodnotit v libovolném časovém intervalu a interpretovat numericky nebo graficky a to jak staticky, tak i dynamicky. Většina simulačních programů umožňuje měření zdržení separátně pro kteroukoli kategorii vozidel, v libovolném časovém intervalu a na libovolné trase průjezdu křižovatkou.

6.8.2 Měření a statistické vyhodnocování délek kolon na ramenech křižovatek Délka kolony zejména v městských silničních sítích může být limitujícím faktorem z hlediska bezpečnosti i provozuschopnosti křižovatky. Simulace umožňuje mapování délky kolony v libovolných časových intervalech a v libovolných místech silniční sítě. Výhodou simulace je opět možnost identifikace a kvantifikace vlivů kolony na okolní dopravní síť. Kolonu lze definovat v simulaci na základě několika okrajových podmínek: •

rychlost vozidel jako identifikátor vzniku kolony (zpravidla ≤ 5 km/h),

•

rychlost vozidel jako identifikátor rozplynutí kolony (zpravidla ≥ 10 km/h),

•

maximální vzdálenost mezery mezi vozidly určující spojitost kolony (např. 20 m).

Kolona se zpravidla kvantifikuje svojí průměrnou délkou v sledovaném časovém intervalu (např. špičková hodina) a maximální dosaženou délkou.

6.8.3 Detailní měření parametrů dopravního proudu Základní charakteristiky dopravního proudu jako rychlost, hustotu a intenzitu lze v simulaci detailně sledovat: •

zabarvením jednotlivých vozidel dle hodnoty sledovaného parametru dopravního proudu,

•

zabarvením libovolně dlouhých délkových segmentů komunikace,

•

výpisem hodnot do okna aplikace (pro vybraná vozidla),

•

průběžným datovým záznamem s následným tabelárním, databázovým nebo grafickým zpracováním.

Lze takto identifikovat: •

základní parametry dopravního proudu (rychlost, hustotu, intenzitu),


102


•

místa s vysokým akceleračním šumem7, tedy ta, na kterých dochází k časté a výrazné akceleraci a deceleraci. Časté odchylky od rovnoměrné rychlosti mají za následek vyšší spotřebu paliva a negativní dopady na životní prostředí i na bezpečnost,

•

míru rychlostní konzistence (viz kapitola 4.3.1) např. v prostoru připojování/odpojování vozidel do/z dopravního proudu,

•

místa s rychlostními extrémy, šokové vlny,

•

míru saturace dopravního proudu,

•

a další.

6.8.4 Dynamic Assignment – dynamické přiřazování na síť Dynamické přiřazování dopravy na silniční síť je metoda založená na myšlence iterované simulace. To znamená, že modelovaná síť není simulována pouze jednou, resp. řidiči si vybírají své trasy napříč silniční sítí na základě zkušeností, získaných v průběhu předchozí iterace. Jde tedy o druh „učícího se procesu“ – trasa v iteračním kroku „i“ je volena na základě zkušenosti z iteračního kroku „i-1“ a mění se tedy na základě aktuálního stavu v síti (saturace, doba jízdy, náklady…). Tímto způsobem je možné sledovat třeba změny ve volbě trasy v jednotlivých časových intervalech v průběhu dne.

6.8.5 Hodnocení vlivu na životní prostředí – emise a hluk Konvenční dopravně emisní modely jsou převážně založeny na průměrných dopravních podmínkách a tím nemůžou správně reprezentovat efekty opatření jako např. automatické řízení rychlosti nebo zklidňování dopravy, které ovlivňují rychlostní dynamiku dopravního proudu. Mikroskopické modelování detailně popisuje fluktuaci rychlostí v dopravním proudu a umožňuje tím detailnější prognózu emisí závislou na dynamice dopravního proudu.

6.9

OPTIMALIZAČNÍ PROCES

Optimalizací lze rozumět takový proces modifikace systému, který vede ke zvýšení jeho efektivnosti. V dopravním systému je to při využití simulačních programů efektivnost z hlediska:

7

•

kapacity systémových prvků;

•

plynulosti dopravního proudu měřené:

jeho rychlostí a změnami rychlostí,

počtem zastavení vozidel, nebo počtem či podílem vozidel s podkritickou rychlostí,

Akcelerační šum – charakteristika dopravního proudu, která vypovídá o jeho dynamice. Je to matematicky vyjádřená směrodajná odchylka akcelerací a decelerací od rovnoměrné rychlosti vozidla, tj. od nulového akceleračního šumu.


103


časovým zdržením na trase,

délkou kolony,

produkcí emisí,

příp. jiným parametrem.

Následující Obrázek 28 ilustruje princip optimalizačního postupu s využitím simulace. Po testu funkčnosti simulačního modelu vytvořeného pro projektový návrh dochází ke statistickému hodnocení parametrů dopravního proudu na jednotlivých segmentech dopravního systému a systému jako celku. V případě komparační studie se hodnocení provede pro všechny varianty. Samotnému hodnocení ještě předchází výběr vhodných parametrů pro sledování a hodnocení. Pokračuje identifikace kritických míst a lokálních extrémů, přičemž je nutno definovat kritické hranice a limity. Ty tvoří normové požadavky, cílová úroveň kvality dopravy nebo specifické požadavky projektu. Jsou-li nalezena kritická místa, je nutno provést optimalizaci neboli změnu projektového návrhu změnou návrhových prvků dopravního systému nebo změnou organizace řízení dopravy. Následuje test optimalizovaného modelu v simulačním modelu a pak návrat do bodu statistického hodnocení a komparace variant. Proces se opakuje do momentu, kdy projektový návrh splňuje všechny kladené požadavky, tedy nevykazuje kritická místa. Posledním bodem je finální hodnocení, formulace doporučení, vizualizace dopravního proudu. Obrázek 28 Schéma pro optimalizační postup s využitím simulačních technik

Test projektového návrhu v simulačním modelu

Výběr parametrů pro sledování a hodnocení

Definice kritických hranic a limitů

Test optimalizovaného návrhu v simulačním modelu

Podrobné statistické hodnocení, komparace variant

Identifikace kritických míst a lokálních extrémů v průběhu simulace

ANO

Nalezena kritická místa

Optimalizace řešení změnou návrhových prvků a/nebo organizace řízení

NE

Finální hodnocení a vizualizace


104


V jistých případech může dojít k stavu, kdy žádná optimalizační změna nepovede k eliminaci kritických míst. V takovém případě je projektový návrh nevyhovující a je nutno hledat zcela jiné řešení (např. jiný typ křižovatky, snížení dopravní poptávky apod.). Míru bezpečnosti projektového návrhu nelze simulací kvantifikovat přímo, tj. nelze kvantifikovat přímo počet nehod, lze tak učinit pouze zprostředkovaně, na základě známých souvislostí simulací zjištěných hodnot parametrů dopravního proudu a nehodovosti. Zárukou bezpečného návrhu je striktní sledování správných návrhových principů při procesu tvorby projektového návrhu a při jeho optimalizačních změnách. Nejčastější důvody optimalizace: •

kapacitně nevyhovující způsob odpojení,

•

malá délka křižovatkového průpletového úseku,

•

malá délka mezikřižovatkového úseku,

•

malá vzdálenost křižovatek,

•

kapacitně nedostačující počet pruhů v mezikřižovatkovém úseku,

•

kapacitně nedostačující počet pruhů na křižovatkových větvích,

•

kapacitně nevyhovující napojení na křižující komunikaci,

•

úprava napojení a vedení kolektorových pásů.

Mikrosimulace je rovněž vhodným nástrojem na kapacitní posouzení havarijních a dočasných stavů při etapovité výstavbě komunikací. Uplatní se především v následujících případech: •

dopravní omezení počtu jízdních pruhů,

•

výběr vhodného schématu před dopravním omezením,

•

kompletní uzavření komunikace (tunelové stavby),

•

etapovité uspořádání MÚK.


105


7 EMPIRICKÁ DATA A PRŮZKUMY 7.1

AUTOMATICKÉ SČÍTÁNÍ DOPRAVY

Základní soubor empirických dat byl převzat z automatického sčítání dopravy na dálnici D1 ze smyčkových detektorů. Data se vztahují k roku 2004 až 2006 a podrobně jsou popsána v práci „Dopravní proud na 6-ti pruhové dálnici v ČR – analýzy a simulace“ (CityPlan, 2005-2008).

7.1.1 Distribuce vozidel do jízdních pruhů S rostoucí intenzitou směrového pásu stoupá intenzita v jednotlivých pruzích, ale různou rychlostí – nejrychleji stoupá v pruhu levém, nejpomaleji v pruhu pravém. V levém pruhu lze pozorovat, že intenzita dosahuje až hodnot, které překračují hranici 2000 voz/h. Graf 7 Vztah mezi průměrnou rychlostí v pruzích a intenzitou směrového pásu na D1 (údaje z automatických sčítačů)

Distribuce vozidel do jízdních pruhů v závislosti na intenzitě jízdního pásu, směr do Prahy Pravý pruh

průměrná hodinová intenzita v jízdním pruhu [voz/hod]

2500

Střední pruh Levý pruh

2000 1500 1000 500 0

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

průměrná hodinová intenzita v jízdním pásu [voz/hod]

7.1.2 Využití jízdních pruhů v závislosti na rychlosti jízdního pásu Se stoupající rychlostí jízdního pruhu stoupají i rychlosti v pruzích. Na rozdíl od rychle se zvětšujících rozdílů mezi hodnotami intenzit v pruzích, zde se rozdíl mezi pruhy zvětšuje jen málo a dokonce nejvyšší průměrná rychlost v nejrychlejším pruhu je předepsaných 130 km/h.


106


Graf 8 Analýza rychlostí – rozdělení rychlostí v jízdních pruzích v závislosti na rychlosti jízdního pásu

7.1.3 Analýza časových odstupů 7.1.3.1 Závislost četnosti minimálních odstupů na intenzitě V následujících grafech (Graf 9 a Graf 10 ) je vidět, že časové odstupy klesají pod 2 resp. 1 sekundu v relativně vysokém počtu. Graf 10 uvádí, že v levém pruhu prakticky minimálně 50 % vozidel udržuje odstup menší než 2 s, a tento podíl roste s rostoucí intenzitou. Při intenzitě nad 2000 voz/h je odstup menší než 2 s pozorován až u 80 % vozidel jedoucích v levém pruhu. Střední pruh se udržuje v pásmu 40 až 65 % vozidel jedoucích s odstupem menším než 2 s. Pravý pruh vykazuje podíl vozidel jedoucích s odstupem menším než 2 s na úrovni 15 až 45 % v závislosti na intenzitě. Všeobecně lze konstatovat, že podíl vozidel s časovým odstupem menším než 2 s roste s rostoucí intenzitou, přičemž tempo růstu tohoto podílu je nejvyšší v pravém pruhu a naopak nejnižší v levém pruhu.


107


Graf 9 Závislost četnosti odstupů menších než 2 s na intenzitě vozidel v jízdním pruhu

Z následujícího grafu (Graf 10 ) je zřejmé, že 20 až 55 % vozidel jedoucích v levém pruhu vykazuje časový odstup k předchozímu vozidlu menší než 1 s, v závislosti na intenzitě vozidel. Odstup menší než 1 s se vyskytuje i u vozidel jedoucích v pravém pruhu a to v hodnotě 5 až 15 % z celkového množství vozidel v daném pruhu. Ve středním pruhu lze sledovat rozpětí podílu vozidel s odstupem menším než 1 s v rozmezí 5 až 30 %. Graf 10 Závislost četnosti odstupů menších než 1 s na intenzitě vozidel v jízdním pruhu


108


Graf 11 Závislost časového a délkového odstupu při různé hodnotě intenzity (šipkami je zobrazen délkový odstup při kritickém časovém odstupu 1 s).

délkový odstup [m]

Závislost časového a délkového odstupu 80 75 70 65 60 55 50 45

Rychlost Rychlost Rychlost Rychlost Rychlost Rychlost

90 km/h 100 km/h 110 km/h 120 km/h 130 km/h 140 km/h

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

2

časový odstup [s]

Považujeme-li za bezpečný odstup ten, jehož hodnota je minimálně 2 s, lze konstatovat, že vysoký podíl vozidel v dopravním proudu tuto hodnotu nedodržuje a navíc relativně vysoký podíl vozidel vykazuje odstup menší než 1 s, což lze považovat za hazardní způsob vedení jízdy, protože v případě zpomalení následovaného vozidla je vysoké riziko kolize se sledujícím vozidlem. Tvrzení vychází ze skutečnosti, že reakční doba řidiče v dobré fyzické a psychické kondici bez negativních vlivů (jako např. telefonování apod.) se všeobecně odhaduje přibližně na 1 sekundu. Reakční doba je čas potřebný k rozpoznání kritické situace, její zpracování a započetí brzdění. Reálná reakční doba je individuální a závisí mimo jiné i na složitosti situace, kterou má řidič vnímat resp. rozpoznat. S únavou reakční doba roste a dramaticky ji můžou prodloužit činnosti, které odvádějí pozornost, jako např. již zmíněné telefonování. Na výše uvedeném grafu (Graf 11 ) je možné vidět vztah mezi časovým a délkovým odstupem. Za bezpečnou hranici se považuje odstup o hodnotě 2 s, což při rychlosti 130 km/h činí odstup délky 72,2 m. Za kritický odstup možno považovat hranici 1 s (reakční doba), což při rychlosti 130 km/h činí odstup 36,1 m. Odstup menší než tato hodnota znamená při náhlém zpomalení následovaného vozidla vysoké riziko kolize se sledujícím vozidlem. 7.1.3.2 Závislost četnosti minimálních odstupů na rychlosti Níže uvedené grafy (Graf 12 a Graf 13 ) ilustrují vztah mezi rychlostí v jízdním pruhu a četností minimálních časových odstupů. Trendy v rámci jednotlivých pruhů nelze jednoznačně popsat


109


z daného souboru empirických dat. Rozdíly mezi jednotlivými pruhy jsou evidentní – nejvyšší početnost minimálních odstupů se objevuje v levém pruhu, naopak nejmenší početnost v pruhu pravém. Z grafů je patrný i rozdíl v minimálních a maximálních průměrných rychlostech na jednotlivých pruzích. V levém pruhu lze pozorovat, že téměř ve všech měřených hodinách (jeden datový bod představuje údaj za jednu měřenou hodinu) četnost výskytu odstupů menších než 2 s (čili menších než je minimální doporučený bezpečný odstup) dosahuje podílu více než 50 %. V pásmu nad 100 km/h v levém pruhu více než polovina vozidel vykazuje odstup menší než 1 sekunda, což lze považovat za hazardní způsob jízdy, protože se jedná o odstup nižší, než je reakční doba řidiče. Graf 12 Závislost četnosti odstupů menších než 2 s na rychlosti v jízdním pruhu Závislost četnosti odstupů < 2 s na rychlosti v jízdním pruhu

Četnost [%]

100,00 90,00

Pravý

80,00

Střední

70,00

Levý

60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0

20

40

60 80 Rychlost [km /h]

100

120

140

Graf 13 Závislost četnosti odstupů menších než 1 s na rychlosti v jízdním pruhu

Závislost četnosti odstupů < 1 s na rychlosti v jízdním pruhu

Četnost [%]

100,00 90,00

Pravý

80,00

Střední

70,00

Levý

60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0

20

40

60 80 Rychlost [km /h]

100

120


140

110


7.1.4 Distribuce rychlostí Následující grafy znázorňují distribuci rychlostí při nízkých intenzitách na dálnici D1. Tyto grafy slouží jako výchozí pro nastavení funkce „desired speed“ neboli požadovaná rychlost, protože se jedná v podstatě o volný dopravní proud. Rozložení rychlostí při vyšších intenzitách je už programem VISSIM generováno na základě vzájemné interakce jednotlivých vozidel. V následujících grafech jsou uvedeny histogramy rychlostí s kumulativní čárou jednotlivých rychlostí v procentech na základě měření na D1 při malých intenzitách (volný dopravní proud) v trvání 1 hodiny pro 4 kategorie vozidel. Zobrazené rozložení rychlostí slouží jako výchozí pro simulaci v případě volného dopravního proudu. Graf 14 Histogram naměřených rychlostí – osobní vozidla


111


Graf 15 Histogram naměřených rychlostí – dodávková vozidla

Graf 16 Histogram naměřených rychlostí – nákladní vozidla


112


Graf 17 Histogram naměřených rychlostí – autobusy

7.1.5 Změna jízdního pruhu V této kapitole byla věnována pozornost využití jednotlivých pruhů v závislosti na intenzitě celého směrového pásu. Graf 13 dokumentuje relativně dobrou shodu mezi využitím pruhů na německé dálnici v realitě a pomocí simulace. Graf 18 Měřené (vlevo) a simulované (vpravo) využití pruhů na německé dálnici v závislosti na intenzitě [31]

Podobné porovnání bylo provedeno v českých podmínkách na dálnici D1. Analýzou bylo zjištěno, že čeští řidiči nerespektují plně pravidlo „pravé strany“ – tedy, že se neřadí do pomalejšího pruhu na základě pravidla, ale často zřejmě jen v případě, že je to nevyhnutelné (uvolnění pruhu ještě rychlejšímu vozidlu). Při intenzitách nad 1500 voz/h/směr. pás lze pozorovat růst podílu vozidel jedoucích v levém pruhu spolu s růstem intenzity celého směrového pásu. Měření a simulace vykazují relativně dobrou vzájemnou shodu – graf 20 a 21. Podíl vozidel při Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

113


nižších intenzitách nelze porovnat z důvodu nedostatku empirických dat z automatických sčítačů dopravy. Graf 19 Podíl vozidel v jednotlivých pruzích – údaje z automatických sčítačů

Graf 20 Podíl vozidel v jednotlivých pruzích – údaje ze simulace

7.1.6 Shrnutí Na základě analýzy dostupných zpracovaných dat pro konkrétní podmínky na dálnici D1 v km 9,0 je možné konstatovat následující: Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

114


7.2

•

neochota řidičů řadit se do pravého pruhu i v případě, že v něm je prostor k zařazení, což vede k vysoké saturaci středního a poměrně velké saturaci levého jízdního pruhu (v případě třípruhového jízdního pásu),

•

vysoký rozptyl rychlostí nebo vysoká rychlostní heterogenita dopravního proudu u osobních vozidel, což zvyšuje riziko vzniku šokových vln a nebezpečných situací,

•

vyskytuje se časté překračování rychlostního limitu pro jízdu na dálnici, zvláště v kategorii osobních vozidel,

•

vyskytují se relativně vysoké rychlostní rozdíly mezi jednotlivými jízdními pruhy, tyto rozdíly se zmenšují s rostoucí intenzitou ve směrovém pásu, trendové čáry teoreticky konvergují k jednomu bodu,

•

velká početnost malých časových odstupů mezi vozidly (do 2 s) a výskyt odstupů menších než 1 s, což vytváří vysoce rizikové situace z hlediska bezpečnosti provozu (hazardní chování),

•

percentuální podíl vozidel v levém pruhu narůstá s nárůstem intenzity ve směrovém pásu.

SČÍTÁNÍ VIDEODETEKCÍ

Ke zjištění dalších empirických dat z provozu bylo na vybraných mimoúrovňových křižovatkách provedeno měření kamerovým systémem a vyhodnoceno zařízením Trafficon. Byly vybrány různé druhy křižovatkových větví a na nich byla zjišťována především rychlost před či za napojením na průběžné jízdní pruhy.

7.2.1 Trafficon Videodetekční zařízení firmy Traficon se skládá z kamery zaznamenávající dopravní proud, modulu VIP-T (Video Image Procesor) a softwaru na zpracování dat VIPLINK. Modul VIP-T za pomoci zadaných detekčních čar a zón zjišťuje vozidla a za pomoci speciálního algoritmu je schopen sčítat dopravní data a provádět detekci dopravních nehod. Mezi tato data patří intenzita vozidel, rychlost, obsazenost, klasifikace, časové mezery, obsazenost zóny, úroveň kvality dopravy, stojící vozidla, vozidla jedoucí v opačném, směru a kolona.

7.2.2 Typy měřených křižovatkových větví V rámci rozdílných podmínek byly zkoumány jak připojovací a odbočovací pruhy, tak vratné a přímé křižovatkové větve, či průpletové úseky. Při měření rychlosti v odbočovacích pruzích je dále signifikantní vzdálenost místa měření od počátku a/nebo konce odbočovacího úseku a omezení povolené rychlosti. Typy křižovatkových větví a jejich specifické podmínky:


115


Obrázek 29 Vratná větev, připojovací pruh

Jedno měření bylo provedeno v extravilánu na rychlostní čtyřpruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 130 km/h na začátku přímého úseku připojovacího pruhu délky 200 m. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla. Poloměr vratné rampy byl cca 50 m (Graf 21 ). Druhé měření bylo provedeno také v extravilánu, těsně za značkou označující konec rychlostní komunikace, v cca polovině zrychlovacího úseku připojovacího pruhu délky 110 m. Poloměr vratné rampy byl cca 50 m (Graf 22 ). Obrázek 30 Vratná větev, odbočovací pruh

Jedno měření bylo provedeno v extravilánu na rychlostní čtyřpruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 130 km/h ve střední části zrychlovacího úseku délky 150 m. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla. Poloměr vratné rampy byl cca 50 m (Graf 23 ). Druhé měření bylo provedeno rovněž na rychlostní komunikaci s omezenou rychlostí 130 km/h ve střední části zrychlovacího pruhu délky 250 m. Poloměr vratné rampy byl cca 60 m (Graf 24 ).


116


Obrázek 31 Vratná větev, přímé připojení bez zrychlovacího pruhu

Měření bylo provedeno v intravilánu na místní dvoupruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 50 km/h v místě připojení vratné větve poloměru 40 m. Asi 100 m za měřeným úsekem bylo na průběžné komunikaci osazeno SSZ, které řídilo provoz pouze jedním směrem. Začátek měření je proto ovlivněn tvořením kolon před tímto SSZ (Graf 25 ).

Obrázek 32 Přímá větev, odbočovací pruh

Jedno měření bylo provedeno v intravilánu na rychlostní šestipruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 80 km/h na konci odbočovacího pruhu délky 130 m. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla (Graf 26 ). Druhé měření bylo provedeno také v extravilánu na rychlostní šestipruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 130 km/h, na začátku zpomalovacího úseku odbočovacího pruhu délky 150 m (Graf 27 ).


117


Obrázek 33 Přímá rampa, připojovací pruh

Měření bylo provedeno v intravilánu na rychlostní čtyřpruhové komunikaci s omezenou rychlostí na 80 km/h, měřeno bylo připojení dvoupruhové přímé větve na začátku zrychlovacího úseku připojovacího pruhu délky 230 m. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla (Graf 28 ). Obrázek 34 Přímá rampa dvoupruhová

Měření bylo provedeno v intravilánu na přímé křižovatkové větvi celkové délky 1,5 km spojující dvě rychlostní komunikace s omezenou rychlostí na 80 km/h. Součástí této větve jsou i průpletové úseky, ale měření bylo provedeno v části bez průpletů. 100 m za měřeným úsekem dochází k zúžení ze dvou pruhů na jeden. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla (Graf 29 ).


118


Obrázek 35 Přímá rampa dvoupruhová, průpletová

Měření bylo provedeno v intravilánu na přímém kolektorovém dvoupruhovém pásu rychlostní komunikace s omezenou rychlostí na 80 km/h v místě průpletu délky 340 m. Jiná dopravní omezení v blízkosti nebyla (Graf 30 ).

7.2.3 Výsledky průzkumu Výsledky průzkumu byly zpracovány do grafické podoby, kde byla seskupena data pro jednotlivé pruhy. Pro účely výzkumu je nejdůležitější porovnání rychlosti na připojovacím, respektive odbočovacím pruhu a přilehlém pruhu průběžné komunikace. Graf 21 Vratná větev, připojovací pruh, začátek zrychlovacího úseku připojovacího pruhu

Rychlost na začátku zrychlovacího úseku připojovacího pruhu je zřetelně nižší než rychlost v průběžném jízdním pruhu. Malý poloměr vratné křižovatkové větve rozhoduje o vstupní rychlosti.


119


Délka zrychlovacího úseku je v tomto případě 275 m. Navíc v tomto případě dochází ke zrychlování i v průběžných jízdních pruzích, protože se měřený úsek nachází bezprostředně za počátkem silnice pro motorová vozidla, tzn. zrychlování z 90 km/h na 130 km/h. Graf 22 Vratná větev, připojovací pruh, uprostřed zrychlovacího úseku

Ve střední části zrychlovacího úseku připojovacího pruhu je už relativní rychlost v připojovacím pruhu vyšší a blíží se rychlosti v pravém pruhu. V tomto případě se navíc měřený úsek nacházel těsně za koncem silnice pro motorová vozidla a proto je rychlost v průběžných jízdních pruzích výrazně vyšší než 90 km/h, dochází zde ke zpomalování celého jízdního pásu ze 130 km/h na 90 km/h.


120


Graf 23 Vratná větev, odbočovací pruh, uprostřed zpomalovacího úseku

Rychlost ve střední části odbočovacího pruhu byla v tomto případě značně nevyrovnaná. Rozptyl rychlostí byl pozorován od 40 km/h až přes 100 km/h. Důvodem této nevyrovnanosti je především velmi nízká intenzita odbočení, která činila max. 7 % z intenzity v jízdním pásu. Graf 24 Vratná větev, odbočovací pruh, uprostřed zpomalovacího úseku

V tomto případě, obdobném jako Graf 23 , už není rozptyl rychlostí ve zpomalovacím pruhu tak výrazný. Podíl rychlosti v odbočovacím pruhu tvoří 76 % rychlosti v pravém pruhu.


121


Graf 25 Vratná větev, přímé připojení bez připojovacího pruhu

V tomto měřícím místě došlo v začátku měření ke stání vozidel, způsobenému světelnou signalizací umístěnou v blízkosti měření. Průměrné rychlosti se i po odeznění kolony pohybují výrazně pod maximální povolenou rychlostí. Graf 26 Přímá větev, odbočovací pruh, konec zpomalovacího úseku

Průměrná rychlost v průběžných jízdních pruzích je stabilní, ačkoliv výrazně překračuje povolenou rychlost. Jedná se o úsek, na který navazuje dálnice, a proto zde již zřejmě není


122


dodržována rychlost. Rychlost v odbočovacím pruhu kolísá, ale ve více než polovině měřeného časového úseku se blíží rychlosti pravého pruhu. Graf 27 Přímá větev, odbočovací pruh, začátek zpomalovacího úseku

V tomto případě jsou rychlosti velmi stabilní a průměrné intenzity v jednotlivých jízdních pruzích se od sebe příliš nevzdalují. Průměrná rychlost v odbočovacím pruhu je 94 % rychlosti v pravém pruhu, což je dáno i tím, že se jedná o začátek zpomalovacího úseku.


123


Graf 28 Přímá větev, připojovací pruh, začátek zrychlovacího pruhu

V případě připojení z přímé rampy dochází téměř k vyrovnání rychlostí na připojovacích a průběžných pruzích. Levý připojovací pruh vykazuje částečně vyšší průměrnou rychlost než pravý průběžný. Graf 29 Přímá větev dvoupruhová


124


Na přímé dlouhé dvoupruhové větvi je intenzita v pravém pruhu nižší než v levém, stejně jako u čtyřpruhových komunikací. Graf 30 Přímá větev dvoupruhová průpletová

U přímé větve průpletové jsou rychlosti téměř vyrovnány a těsně pod hranicí maximální povolené rychlosti jízdy. Relativní podíl rychlosti v připojovacím, respektive odbočovacím pruhu vůči průběžnému pravému pruhu je přehledně zpracován v následující tabulce: Tabulka 34 Podíl rychlostí v přípojném a průběžném pruhu (průběžný pruh = 100%) Č. grafu

Typ větve

Typ manévru

Umístění měření

Podíl rychlostí (%)

21

vratná

připojení

začátek zrychlovacího pruhu

59

22

vratná

připojení

střední část zrychlovacího pruhu

71

23

vratná

odpojení

střední část zpomalovacího pruhu

77

24

vratná

odpojení

střední část zpomalovacího pruhu

75

25

vratná

připojení

přímo připojení

58

26

přímá

odpojení

konec zpomalovacího pruhu

77

27

přímá

odpojení

začátek zpomalovacího pruhu

94


125


99/888

28

přímá

připojení

začátek zrychlovacího pruhu

29

přímá

kolektor

střední část

879

30

přímá

průplet

střední část

978

Z uvedené tabulky vyplývá, že: •

výrazný rozdíl rychlostí mezi průběžným a připojovacím/odbočovacím pruhem je u vratné větve,

•

zatímco u přímé větve mají vozidla už na začátku zrychlovacího pruhu vysokou rychlost, u vratné větve ani ve střední části zdaleka nedosahují rychlosti průběžného pruhu,

•

ve zpomalovacím pruhu klesají rychlosti podobně jak u vratné tak přímé větve, a to především ve střední a koncové části pruhu,

•

na začátku zpomalovacího pruhu je u přímé větve snížení rychlosti vůči průběžnému pruhu nízké.

8

levý připojovací pruh / pravý připojovací pruh

9

levý pruh je 100%


126


8 OPTIMALIZACE NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ MÚK Optimalizace návrhových prvků mimoúrovňových křižovatek vyplývají nejen ze statistického vyhodnocení kvality dopravy na mikrosimulační síti, ale i ze sledování dynamického děje. Na základě tohoto vizuálního sledování lze jednotlivá místa detailněji prověřit a odhalit důvody kapacitních problémů daného prvku. Na základě dlouhodobých zkušeností s mikrosimulacemi mimoúrovňových křižovatek se nám osvědčil následující postup při odhalování kapacitních nedostatků křižovatek a následné optimalizaci nevyhovujících prvků mimoúrovňových křižovatek: Obrázek 36 Zařazení optimalizační kroků při kapacitním posouzení MÚK


127


Obrázek 37 Schéma optimalizace jednotlivých prvků MÚK Analýza potencionálně rizikových míst průpletové úseky připojovací pruhy

odbočovací pruhy

Vizuální sledování mikrosimulovaného děje Statistické vyhodnocení mikrosimulace grafická analýza jízdní rychlosti

rozpojení ramp

počet zastavení vozidel

souběh ramp

délka kolony

mezikřižovatkové úseky

časové zdržení

kolektorové úseky přidružené úrovňové křižovatky

Kapacitně NEVYHOVUJÍCÍ řešení

optimalizace nevyhovujících prvků

Kapacitně VYHOVUJÍCÍ řešení

určení kapacitně nevyhovujících prvků

změna typu průpletového úseku změna typu připojení

určení nevhodného použití prvků

změna typu odbočení zvýšení počtu jízdních pruhů změna uspořádání jednotlivých ramp změna nadřazenosti jednotlivých ramp změna geometrického uspořádání křižovatky

úprava přidružených úrovňových křižovatek


128


Analýza potencionálně rizikových míst Na základě stavebního uspořádání a prognózovaných intenzit jsou vytipována možná riziková místa na simulované síti, jako např.: •

průpletové úseky,

•

místo připojení,

•

místo odpojení,

•

rozpojení ramp,

•

souběh ramp,

•

mezikřižovatkové úseky.

Nejčastější důvody optimalizace:

8.1

•

kapacitně nevyhovující způsob odpojení,

•

malá délka křižovatkového průpletového úseku,

•

malá délka mezikřižovatkového úseku,

•

malá vzdálenost křižovatek,

•

kapacitně nedostačující počet pruhů v mezikřižovatkovém úseku,

•

kapacitně nedostačující počet pruhů na rampách,

•

kapacitně nevyhovující napojení na křižující komunikaci,

•

úprava napojení a vedení kolektorových pásů.

UKÁZKY OPTIMALIZAČNÍHO POSTUPU

8.1.1 Ukázka optimalizace soustavy MÚK na SOKP stavbě 510 Za pomoci mikrosimulace byl posouzen přibližně pětikilometrový úsek obsahující kompletní stavbu 510 SOKP, a to včetně navazujících mimoúrovňových křižovatek. Na tomto pěti kilometrovém úseku se předpokládá s realizací šesti MÚK z čehož vyplývají vysoké nároky na jednotlivé prvky mimoúrovňových křižovatek, jelikož i jeden kapacitně nevyhovující prvek může zapříčinit kolaps celé soustavy křižovatek. Právě proto byla na kapacitní posouzení soustavy zvolena metoda mikrosimulace nahrazující kapacitní posudky právě v případech, že navržené uspořádání křižovatek a jízdních pruhů je atypické, normovým posudkem jen problematicky či pouze částečně posouditelné. Mikrosimulace rovněž dokáže odhalit míru ovlivnění sousedních křižovatek a dopad kapacitních nedostatků na okolní dopravní síť. Právě mikrosimulace názorně ukazuje, zda v atypických místech dochází


129


ke komplikacím v plynulosti dopravy, či nikoli. Mikrosimulace se přibližuje reálnému stavu a poskytuje nám náhled na „skutečný“ stav kvality dopravy v daném místě a čase. Postup při optimalizaci celé soustavy byl následující: 1, Na základě stavebního uspořádání a prognózovaných intenzit byla vybrána možná riziková místa na simulované síti SOKP stavby 510, která byla podrobně sledována a statisticky vyhodnocena. Obrázek 38 Analýza potencionálně rizikových míst MÚK Satalice

7) Odpojení SOKP → R10, Vysočanská radiála

8) Průplet MÚK Satalice → MÚK Černý Most

6) Průplet na kolektorovém pásu SOKP → D11 + CČM

MÚK Černý Most

1) Průplet MÚK Černý Most → MÚK Počernice

5) Rozpojení rampy z D11 → SOKP

2) Odpojení SOKP → CČM, D11

MÚK Počernice

4) Průplet na kolektorovém pásu SOKP → CČM

3) Připojení CČM, D11 → SOKP

MÚK Na Vinici

9) Odpojení SOKP → Štěrboholská radiála MÚK Dubeč

MÚK Českobrodská 11) Připojení rampy od I/12 do

10) Průplet na kolektorovém pásu SOKP → I/12

rampy od Štěrboholské radiály směrem k SOKP.

2, Kvalita dopravy v jednotlivých rizikových místech byla podrobně analyzována, byly určeny příčiny a důsledky kapacitních nedostatků projekčního řešení.


130


Obrázek 39 Ukázka vyhodnocení místa odbočení 9) Odpojení SOKP → Štěrboholská radiála, I/12 a ulice Českobrodská

58 260

Časové zdržení SOKP → I/12 316 sekund

3 390 747

29 960

24 910

všechna voz / 24h

9)

Dopravní komplikace v odpojení ze SOKP do kolektorového pásu směr Štěrboholská radiála a I/12, resp. ulice Českobrodská zapříčiňují především těžká nákladní vozidla.

Vyhodnocení průměrné jízdní rychlosti ukazuje, že se v místě odbočení vytvořilo kapacitní hrdlo, které způsobuje dlouhé kolony na SOKP a způsobuje tak dopravní kolaps stavby 510.

Mikrosimulace

x

udává počet zastavení vozidel během simulované hodiny

3, Následně byla kapacitně nevyhovující místa upravena a nahrazena kapacitně vhodnější variantou prvku MÚK např. změnou typu odbočení a posunem místa odbočení do rozdílných směrů viz schéma na obrázku (Obrázek 40 ).


131


Obrázek 40 Optimalizovaná varianta místa odbočení 7) Odpojení SOKP → ulice Českobrodská

8) Odpojení rampy ze SOKP → Štěrboholská radiála, I/12

58 260

Časové zdržení SOKP → I/12 36 sekund

3 390

6

29 960

24 910

všechna voz / 24h

8)

V místě odpojení rampy ze SOKP na Štěrboholskou radiálu a I/12 dochází k občasnému zastavení především nákladních vozidel, která se včas nestačí zařadit do požadovaného pruhu. Krátkodobě je tak narušena plynulost dopravního proudu.

19

7) Odpojení ze SOKP směrem na ulici Českobrodskou je téměř bez problémů. Počet šesti zastavení vozidel představuje ještě přijatelnou hodnotu.

Vyhodnocení průměrné jízdní rychlosti ukazuje, že v oblasti křižovatky nevzniká žádné kapacitní hrdlo. Lokální snížení kvality dopravy je znatelné v odbočení směrem na silnici I/12 resp. Štěrboholskou radiálu. Devatenáct zastavení vozidel ještě představuje určité bezpečnostní riziko.

Mikrosimulace

x

udává počet zastavení vozidel během simulované hodiny

4, Postupnou optimalizací všech kapacitně nevyhovujících míst bylo nalezeno kapacitně vyhovující (optimalizované) řešení, a to i za cenu eliminace kompletní křižovatky. Další příklad optimalizace je uvedený v tabulce (Tabulka 35 ). Jedná se o optimalizaci mezikřižovatkového úseku v kolektorové variantě mezi MÚK Černý Most a MÚK Satalice. Optimalizace byla nutná z důvodu vysokého zatížení průpletového úseku (cca 20 000 proplétajících se vozidel za 24 hodin). Díky selekci části intenzit, které se nemusí účastnit průpletového manévru a jejich samostatného připojení do hlavního směru SOKP došlo ke zvýšení kvality dopravy v průpletovém úseku.


132


Tabulka 35 Ukázka optimalizace mezikřižovatkového úseku NAVRŽENÁ VARIANTA

OPTIMALIZOVANÁ VARIANTA

A, Připojení D11, CČM → SOKP B, Průpletový úsek mezi MÚK Černý Most a MÚK Satalice

21 470

25 020

21 470

25 020

4 740 4 740

2 600

2 600

8 600

31 500

17 130

všechna voz / 24h

31 500

17 130 všechna voz / 24h


133


8.2

OPTIMALIZACE MÚK SATALICE ZPROVOZNĚNÉ STAVBY 520

V PROVIZORNÍM

USPOŘÁDÁNÍ

BEZ

Největšího časového zdržení bylo dosaženo na trase č. 6 Vysočanská radiála → SOKP0, a to 332 sekund, z čehož celých 137 sekund strávilo vozidlo ve stojící koloně. Rovněž hodnoty u ostatních tras vedoucích z Vysočanské radiály se pohybují okolo 300 sekund. Nevyhovujících hodnot bylo dosaženo rovněž na trasách končících na Vysočanské radiále (výjimkou je trasa směřující z SOKP0), kdy tyto hodnoty překračují 200 sekund. Důvodem je vznik kapacitních hrdel na připojení (odpojení) z Vysočanské radiály. Výslednou variantu ve scénáři B je proto z pohledu časových zdržení označit za kapacitně nevyhovující. Důvodem je kapacitně nevyhovující navržené provizorní uspořádání MÚK Satalice. Provedené optimalizace vyplývají nejen ze sledování a vyhodnocení, ale zároveň reflektují rozložení intenzit zjištěných dopravním modelem. Postupným optimalizačním procesem bylo nalezeno celkem 6 míst, ve kterých docházelo ke snížení kvality dopravy z důvodu nevhodného situačního řešení. Tato místa byla nahrazena kapacitně vyhovujícími řešeními pro dosažení vyššího stupně kvality dopravy. Obrázek 41 Analýza potencionálně rizikových míst MÚK Satalice

2)

Odpojení

1) Připojení Vysočanská radiála →

Vysočanská

radiála → SOKP

SOKP

4, Připojení Vysočanská radiála, R10 → SOKP

3) Odpojení SOKP → R10

MÚK Černý Most

A, Odpojení Vysočanská radiála → SOKP Kapacitně nevyhovující odpojení typu O2 (dle ČSN 73 6102) bylo nahrazeno kapacitnějším dvoupruhovým odbočením typu O4b). Při tomto typu odbočení již nedochází k zastavování vozidel v místě odbočení a provoz je v daném místě plynulý. B, Připojení na SOKP od Vysočanské radiály Po optimalizaci místa A v místě připojení na SOKP docházelo k zastavování vozidel a tvorbě dlouhodobých kolon. Na základě intenzit ve sledovaném profilu byl snížen počet jízdních pruhů na


134


rampě vedoucí od SOKP0 před místem napojení rampy od Vysočanské radiály na jeden, což umožnilo realizovat připojení od Vysočanské radiály jako dvoupruhové. C, D, Připojení na Vysočanskou radiálu z SOKP Z vyhodnocení mikrosimulace vyplynulo, že připojení na Vysočanskou radiálu musí být realizováno dvoupruhovou rampou, což ve svém důsledku vedlo k nutnosti snížení počtu jízdní pruhů na jízdním pásu, vedoucím od SOKP0, na jeden jízdní pruh. Z pohledu intenzity (cca 21 000 voz/h) není toto řešení nejideálnější, ovšem za předpokladu nemožnosti zvýšení celkového počtu jízdních pruhů je toto řešení akceptovatelné a dle simulace nebude mít za následek tvorbu dlouhodobých kolon. Dochází tak pouze k občasnému zastavení vozidel před tímto místem (dle vyhodnocení cca 7 zastavení vozidel za hodinu).


135


Tabulka 36 Optimalizace odbočení z Vysočanské radiály na SOKP NÁVRH

21 440

49 640

všechna voz / 24h

28 200

OPTIMALIZACE

21 440

49 640

všechna voz / 24h

28 200

Tabulka 37 Optimalizace připojení na SOKP od Vysočanské radiály NÁVRH

OPTIMALIZACE


136


28 200

11 130


28 200

11 130


Tabulka 38 Příklad optimalizace provizorního připojení SOKP na Vysočanskou radiálu


137


NÁVRH

45 020

OPTIMALIZACE

20 880


45 020

20 880



138


8.2.1 Optimalizace MÚK D1 x SOKP Ze statistického vyhodnocení návrhové varianty vyplývá, že k největšímu časovému zdržení v roce 2040 dochází na trasách vedoucí ze směru SOKP (stavba 513) do směru D1 (Brno), a to 173 sekund. Této vysoké hodnoty je rovněž dosaženo díky nevyhovujícímu odpojení ze směru SOKP (513) do směru D1. Na ostatních sledovaných trasách dosahují časová zdržení přijatelných hodnot. Po optimalizaci varianty došlo k výraznému poklesu hodnot časových zdržení na trasách vedoucích ze směru SOKP (513) do směru D1, a to na 19 sekund. K největšímu časovému zdržení v roce 2040 tak dochází na trase D1 (Brno) SOKP (513), a to sice 29 sekund. Tato hodnota je přijatelná, neboť je na této trase vysoký podíl nákladních vozidel a časté manévrování vozidel.

8.2.2 Analýza jízdní rychlosti Výsledkem hodnocení tímto kritériem je grafický přehled průměrné jízdní rychlosti a průměrné hustoty provozu na simulované síti. Dovoluje vysledovat kritická místa v síti, kde je velká hustota vozidel na kilometr a místa, kde klesá jízdní rychlost pod požadované hodnoty, předepsané při tvorbě modelované dopravní sítě. Grafické vyhodnocení je na obrázcích (Obrázek 42 až Obrázek 47 ). U každého obrázku se nachází legenda barevné škály vyhodnocení. U vyhodnocení hustoty platí, že čím tmavší barva, tím je v daném místě vyšší hustota vozidel na kilometr komunikace. U vyhodnocení rychlosti je v legendě barevně odlišeno rozmezí průměrné jízdní rychlosti v kilometrech za hodinu. Šedivou barvou jsou označeny pomocné části sítě, na kterých dané veličiny nebyly vyhodnocovány. Červenou elipsou jsou označena kritická místa. Oranžovou elipsou jsou označena problémová místa.


139


Obrázek 42 Vyhodnocení průměrné jízdní rychlosti – MÚK SOKP x D1 D1 (Praha) SOKP (směr stavba 511)

SOKP (směr stavba 513)

D1 (Brno)

8.2.3 Označení problémových míst a optimalizace řešení Na obrázcích (Obrázek 43 až Obrázek 46 ) jsou označena problémová místa, nacházející se na MÚK Dobřejovice (SOKP x D1). V tabulkách (Tabulka 39 až Tabulka 41 ) jsou uvedena optimalizační opatření, která jsou použita při simulaci optimalizované varianty.


140


Odpojení z SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) Kapacitně nedostatečné odpojení způsobovalo kongesce v řádu stovek metrů a došlo k naprostému kolapsu SOKP ve směru od stavby 513. Optimalizované řešení obsahuje kapacitnější dvoupruhové odpojení. Při tomto typu odpojení již ke kongescím nedochází a úroveň kvality dopravy je na vyšší úrovni. Obrázek 43 Odpojení z SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) – původní návrh

SOKP

D1

Tabulka 39 Optimalizace kritického místa – odpojení z SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) Původní návrh

Optimalizovaný návrh

15 992/3 626* 21 688/8 386*

* všechna vozidla/těžká nákladní vozidla [voz/24h] Souběh rampy ze směru SOKP do směru D1 (Brno)


141


Kapacitně nedostatečné připojení silného dopravního proudu s velkým podílem těžké nákladní dopravy způsobovalo nebezpečné situace při zařazování nákladních vozidel do nadřazeného dopravního proudu. Optimalizované řešení odstraňuje nutnost připojení, a to díky zrušení části kolektorového pásu K2 ve směru D1 (na Brno) do směru II/101 (Říčany). Směrování tohoto dopravního proudu by bylo zajištěno •

původně zamýšleným propojením větve 5 a 6 (viz Obrázek 44 ), nebo

•

přes alternativní MÚK SOKP x II/101. Obrázek 44 Souběh ramp ze směru SOKP do směru D1 (Brno) – původní návrh

SOKP

D1

Tabulka 40 Souběh ramp ze směru SOKP do směru D1 (Brno) Původní návrh 10 443/4 692*


2 715/806*

19 971/8 213*

*všechna vozidla/těžká nákladní vozidla [voz/24h] Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

142


Průpletový úsek v kolektorovém pásu K2 Výpočtově zcela kapacitně nedostačující úsek. Optimalizaci tohoto úseku řeší již optimalizace předchozího kritického místa, kdy dojde ke zrušení části kolektorového pásu K2 ve směru D1 (od Prahy) do směru II/101 (Říčany). Tím zcela odpadá nutnost průpletového manévru. Obrázek 45 Průpletový úsek v kolektorovém pásu K2

365 m

SOKP

D1

Připojení kolektorového pásu K2 do směru D1 (Brno) V tomto místě je vhodné změnit typ připojení, a to především díky intenzitě připojujících se vozidel. Způsob optimalizace spočívá ve změně jízdních pruhů na D1 před daným místem z 3 na 2 pruhy a připojení jednoho průběžného jízdního pruhu ze směru SOKP, včetně dalších připojovacích pruhů, které budou mít normové délky a postupně se zredukují na 3 jízdní pruhy. Tedy 2 jízdní pruhy na D1 před místem připojení, 3 připojovací pruhy ze směru SOKP a II/101, a odtud typ 5 4 3.


143


Obrázek 46 Připojení kolektorového pásu K2 do směru D1 (Brno)

SOKP

D1

Tabulka 41 Připojení rampy ze směru SOKP (od stavby 511) do rampy ze směru SOKP (od stavby 513) do směru D1 (Brno) Původní návrh 29 008/12 001*


19 371/2 197*

3 518/1 339*

*intenzita roku 2040 – všechna vozidla/těžká nákladní vozidla [voz/24h]


144


Obrázek 47 Připojení kolektorového pásu K2 do směru D1 (Brno)


145


8.3

OPTIMALIZACE MÚK PŘI REKONSTRUKCI SOKP

Rekonstrukce SOKP – stavby 515 – Fáze 10 V souvislosti s rekonstrukcí je připojení od D5 řešeno značkou „STŮJ, dej přednost v jízdě“. To má za následek tvorbu dlouhých kolon. Po optimalizaci způsobu připojení dojde k výraznému zlepšení, optimalizovaná varianta je vyhovující.

8.3.1 Vyhodnocení časového zdržení Časové zdržení vozidel bylo měřeno při průjezdu dvou bodů, označených na obrázku (Obrázek 48 ). Obrázek 48 Vyhodnocované trasy časového zdržení – fáze 10 A Napojení rampy na SOKP dle schématu D/9

C

F B schéma DIO D/15b Napojení rampy na SOKP dle schématu D/9

schéma DIO D/15a Napojení rampy na SOKP dle schématu D/9

D Napojení rampy na SOKP dle schématu D/9

E


146


Obrázek 49 Optimalizace připojení rampy od D5 navržená varianta připojení rampa od D5 10 860 voz/24h

SOKP (od stavby 516)

optimalizovaná varianta připojení rampa od D5

21 090 voz/24h

10 860 voz/24h

současný stav

SOKP (od stavby 516)

rampa od D5

21 090 voz/24h

10 860 voz/24h

31 950 voz/24h 31 950 voz/24h

SOKP (od stavby 516) 21 090 voz/24h

31 950 voz/24h

Z vyhodnocení časového zdržení navržené varianty vyplývá, že uspořádání DIO v této fázi je zcela kapacitně nevyhovující. Je detekován vznik výrazného kapacitního hrdla v podobě napojení rampy vedoucí od D5 na SOKP směrem na MÚK Slivenec. Na této trase bylo dosaženo časového zdržení 893 sekund a z vizuálního sledování simulace je patrné, že před místem odpojení z D5 došlo k naprostému kolapsu dopravy. Připojení rampy od D5 na SOKP je ve fázi 10 realizováno dle schématu D/9 (viz. TP 66 – Zásady pro označování pracovních míst na pozemních komunikacích), tedy za pomoci dopravní značky P6 „STŮJ, dej přednost v jízdě“, umístěné na rampě od D5. Tato úprava je díky vysokým intenzitám na této trase nevhodná. Proto byla simulována optimalizovaná varianta napojení rampy od D5, a to sice snížení počtu jízdních pruhů na SOKP na jeden jízdní pruh a přidání druhého jízdního pruhu, jako pokračování rampy od D5. Další možností je zachování uspořádání současného stavu, tedy 2 pruhy na SOKP a zachování připojovacího pruhu od rampy D5. V optimalizované variantě se všechna naměřená časová zdržení pohybují do třiceti sekund. Tabulka 42 Časové zdržení – DIO fáze 10 číslo trasy

měřeno mezi body

1 2 3 4 5 6

A→B C→B B→D E→D D→B D→F

časové zdržení v roce 2010 Optimalizovaná varianta – fáze 10 Navržená varianta – fáze 10 stáním stáním celkové celkové v koloně v koloně 1 0 3 0 893 257 13 0 6 0 9 0 7 0 7 0 13 0 13 0 26 0 26 0


147



148


9 SIMULACE TELEMATICKÝCH SYSTÉMŮ Management dopravních toků pomocí telematických systémů lze spolehlivě testovat pomocí simulačních technik. Standardní testovanou úlohou byla úprava rychlostí v jednotlivých jízdních pruzích a vliv opatření na úroveň kvality dopravy a kapacitu vybraných segmentů jako připojovací nebo proplétací úsek. Na základě simulačního procesu je vytvářena databáze parametrů dopravního proudu. Ta bude využita pro popis závislostí a účinnosti telematické aplikace. Obrázek 50 Ukázka vizualizace dopravního proudu s telematickým systémem pro management rychlosti

Obrázek 51 Ukázka řídící logiky telematického systému v prostředí simulačního softwaru


149


9.1

SIMULACE RAMP METERINGU

Pomocí mikrosimulačního softwaru VISSIM bylo simulováno připojení rampy k třípruhovému jízdnímu pásu dálnice/rychlostní komunikace s povolenou rychlostí 130 km/h. Připojení je uvažováno v délce 250 m, rychlost ve volném dopravním proudu ve směrovém oblouku rampy před připojovacím pruhem 40 – 50 km/h (vozidlům jsou přidělovány hodnoty rychlosti z tohoto intervalu náhodně). Intenzita dopravy na rampě je v průběhu simulace konstantní v hodnotě 1500 voz/h s 10procentním podílem nákladních vozidel. Intenzita dopravy v nadřazeném dopravním proudu je proměnná od 4000 do 6000 voz/h. V obou případech jde o teoretickou intenzitu, která se vyskytne na prvku modelu pouze v případě, že to kapacita prvků modelu vyplývající ze vzájemné interakce vozidel umožní. Reální intenzita (= propustnost) je měřena virtuálním detektorem. Pro řízení ramp meteringu bylo využito strategie ALINEA (Papageorgiou). Jde o lokální ramp metering strategii se zpětnou vazbou. Algoritmus strategie se snaží o maximalizaci výkonnosti nadřazené komunikace udržováním želané míry obsazenosti (saturace) nadřazené komunikace. Četnost meteringu [metering rate] v průběhu intervalu (t,t+∆t) je počítána na základě rovnice: r(t) = r (t - ∆t) + KR . (O* - O(t)), přičemž: ∆t – aktualizační cyklus implementace ramp meteringu O* – želaná míra obsazenosti detektoru na nadřazeném dopravním proudu (18 – 31 % dle různých studií) O(t) – měřená obsazenost detektoru v intervalu (t - ∆t, t) KR – regulační parametr využívaný k úpravě konstantní disturbance řízení zpětné vazby (v reálních experimentech se osvědčila hodnota KR = 70 Obrázek 52 Simulované připojení rampy k třípruhovému jízdnímu pásu

Světelná signalizace k dávkování vozidel

Detektory v nadřazeném dopravním proudu

Detektor na rampě


150


V modelové simulaci bylo měřeno časové zdržení v nadřazeném i podřazeném dopravním proudě. V přímém směru (nadřazený dopravní proud) bylo zdržení měřeno v úseku, který začíná 500 m před začátkem připojení a končí 100 po ukončení připojení. Na rampě (podřazený dopravní proud) je zdržení měřeno v úseku, který začíná 250 m před začátkem připojení a končí 100 po ukončení připojení. Zdržení je v obou případech vyjádřeno časem v sekundách, o ktorý vozidla jeli předmětný úsek déle, než při volném dopravním proudu. Simulace byla provedena pro 4 simulační hodiny s 5ti násobnou repeticí. Každý z pěti simulačních procesů se liší dávkováním vozidel na okrajových vjezdech simulačního modelu (stochastické přiřazování), výsledné tabulkové hodnoty jsou pak průměrem z těchto pěti simulačních procesů. Každé simulační hodině byly přiřazeny jiné hodnoty intenzity dopravy na okrajových vjezdech simulačního modelu avšak stejné pro model bez ramp meteringu a s ramp meteringem. Výsledné intenzity dopravy pak kromě první simulační hodiny (s intenzitou 4 000 voz/h) představují propustnost místa připojení za daných předpokladů. V tabulce (Tabulka 43 ) je vidět, že propustnost se liší v případě s využitím meteringu od případu s využitím ramp meteringu. V nadřazeném dopravním proudu je dosaženo vyšší propustnosti s využitím ramp meteringu o přibližně 250 až 300 voz/h (simulační hodiny 2 až 4). Naopak v podřazeném dopravním proudu na rampě méně o přibližně 150 voz/h. Celková bilance propustnosti v součtu nadřazeného a podřazeného dopravního proudu činí přibližně + 150 ve prospěch varianty s ramp meteringem. Podíváme-li se na bilanci časového zdržení ve srovnávaných variantách s ramp meteringem a bez něho, vidíme že: •

V nadřazeném dopravním proudu dochází ve stavu plné saturace sítě (simulační hodiny 2 až 4) k nižšímu časovému zdržení v definovaném úseku (500 m před až 100 m za místem připojení) o 15 až 24 % v případě celkového zdržení a o 34 až 55 % v případě zdržení stáním v dopravním proudu. Je vidět, že v první saturované hodině (simulační hodina č. 2) je rozdíl v celkovém zdržení vyšší (24,2 %) a v navazujícíh hodinách klesá k úrovni 15 %. Stejnou tendenci má zdržení stáním. Ve stavu s mírně nižší saturací (simulační hodina č. 1) je zdržení ve variantě s ramp meteringem o 4,6 % nižší.

•

V podřazeném dopravním proudu je bilance trochu jiná. V první simulační hodině bez plné saturace sítě je celkové zdržení ve variantě s ramp meteringem o 8,7 % vyšší, zdržení stáním až o 550 % vyšší. V následujících simulačních hodinách dochází k efektu, při kerém je celkové jednotkové zdržení na vozidlo vyšší ale kumulativní celkové zdžení nižší ve variantě s ramp meteringem. Výsledek je dán tím, že propustnost připojení je nižší než vež ve variantě bez meteringu a zdržení je měřeno na úseku omezené délky, přičemž délka kolony může být vyšší. Nižší kumulativní celkové zdržení je proto nutno chápat v tomto kontextu.

Dle dostupné literatury věnované ramp meteringu a strategii ALINEA, optimální poloha detektorov pro zběr dat potřebných k řízení ramp meteringu se může na jednotlivých konkrétních místech lišit a rovněž hodnoty výpočetních parametrů. Důležitým faktorem ovlivňující algoritmus řízení ramp meteringu jsou taky prostorové možnosti (přístup k vývoji kolony). Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

151


Simulační software umožňuje nastavení dopravního chování k dosažení toho, aby výslední charakteristiky dopravního proudu odpovídali reálnímu dopravnímu proudu v požadované míre. Dopravní chování řidičů může mít své národní i regionální specifika a kromě jiných faktorů závisí na míre saturace sítě. Ve stavu vysoké saturace řidiči akceptují mnohem menší časoprostorové mezery pro zařazení se do nadřazeného dopravního proudu a v jistých případech dochází rovněž k vynucování přednosti v jízdě. Tyto skutečnosti musí tvůrce simulačního modelu mít na paměti a simulované dopravní chování náležitě kalibrovat. Tabulka 43 Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání připojení s ramp meteringem a bez ramp meteringu (průměrné výsledky pěti 4hodinových simulačních procesů) Podřazený dopravní proud na rampě průměrné zdržení stáním na 1 vozidlo [s/voz]

celkové kumulativní zdržení za hodinu [s/h]

kumulativní zdržení stáním za hodinu [s/h]

6,56

0,00

26306

0

13,52

0,08

20050

119

2

4647

1286

62,84

2,42

291992

11245

79,30

0,90

101980

1157

3

4624

1276

75,32

3,08

348310

14243

84,80

0,90

108171

1148

4

4646

1272

74,50

3,00

346097

13937

86,44

1,00

109986

1272

celkové kumulativní zdržení za hodinu [s/h]

1483

průměrné zdržení stáním na 1 vozidlo [s/voz]

4010

celkové průměrné zdržení na 1 vozidlo [s/voz]

1

Inadř [voz/h]

celkové průměrné zdržení na 1 vozidlo [s/voz]

kumulativní zdržení stáním za hodinu [s/h]

Irampa [voz/h]

simulační hodina

Nadřazený dopravní proud

bez ramp meteringu

s meteringem 1

4012

1482

6,26

0,00

25103

0

14,70

0,52

21788

771

2

4878

1148

47,62

1,08

221271

5018

84,40

6,44

96925

7396

3

4940

1097

63,66

1,86

294389

8601

90,40

6,74

99169

7394

4

4914

1124

63,48

1,98

294903

9198

90,00

6,64

101142

7462

absolutní rozdíl s meteringem versus bez meteringu 1

2,2

-0,8

-0,3

0,0

-1203,0

0,0

1,2

0,4

1738,2

652,1

2

231,6

-137,6

-15,2

-1,3

-70721,3

-6226,4

5,1

5,5

-5054,8

6238,3

3

315,8

-178,6

-11,7

-1,2

-53920,5

-5641,8

5,6

5,8

-9002,1

6245,7

4

268,8

-148,6

-11,0

-1,0

-51194,5

-4738,5

3,6

5,6

-8844,3

6189,6

relativní rozdíl s meteringem versus bez meteringu v procentech 1

0,1

-0,1

-4,6

0,0

-4,6

0,0

8,7

550,0

8,7

549,6

2

5,0

-10,7

-24,2

-55,4

-24,2

-55,4

6,4

615,6

-5,0

539,0

3

6,8

-14,0

-15,5

-39,6

-15,5

-39,6

6,6

648,9

-8,3

544,0

4

5,8

-11,7

-14,8

-34,0

-14,8

-34,0

4,1

564,0

-8,0

486,5

9.1

SIMULACE DOPRAVNÍHO ZNAČENÍ S PROMĚNNOU SYMBOLIKOU

Typickou aplikací pro využití dopravního značení s proměnnou symbolikou je řízení rychlosti dopravního proudu v závislosti na intenzitě nebo hustotě dopravy. Tento přístup je využíván pro zvýšení bezpečnosti provozu a podpoře jeho plynulosti. Omezení rychlosti snižuje rychlostní Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

152


heterogenitu dopravního proudu a snižuje vliv a početnost šokových vln vznikajících v důsledku vysokých rozdílů rychlostí jednotlivých vozidel v dopravním proudu. Simulační nástroje umožňují testování libovolné strategie řízení rychlosti včetně zpětné vazby. Pomocí simulačního softwaru VISSIM byla simulována část křižovatky tvarově odpovídající MÚK Chlumecká na Pražském silničním okruhu. Simulovaná intenzita dopravy (na vjezdech do modelu) byla časově proměnlivá v rozpětí 1500 – 4500 voz/h v hlavním dopravním směru (dvoupruhový jízdní pás) a konstantní na připojující se rampě v intenzitě 600 nebo 800 voz/24h. Podíl vozidel odbočujících z hlavního dopravního směru na výjezdovou rampu byl uvažován v hodnotě 17 % z celkové intenzity hlavního dopravního směru před místem odbočení. Doba simulace činila 3 hodiny. Výsledky simulace jsou uvedeny níže v tabulkách jako průměr z pěti simulačních procesů pro dvě různé simulované varianty, které se liší intenzitou dopravy. Hodnoty sledovaných parametrů (např. časové zdržení) se vztahují k celé simulované síti dle obrázku níže. Řídící algoritmus sleduje intenzitu dopravy (počet jednotkových vozidel) v průpletovém úseku v minutových intervalech, přičemž vždy zohledňuje aktuální a předešlý minutový interval. Na základě výpočtu a stanovených hranic pro aktivaci/deaktivaci adekvátní dopravní značky omezující rychlost je v adekvátní vzdálenosti před průpletovým úsekem vozidlům přidělována želená rychlost korespondující se značkou omezující rychlost na 130, 120, 100 nebo 80 km/h. Obrázek 53 Simulovaná část křižovatky s průpletovým úsekem

Odpojovací rampa

Připojovací rampa

Hlavní dopravní směr

Jak je vidět v tabulce níže, při aplikaci ITS a vysoké proměnlivé intenzitě dopravy dochází ke snížení zdržení vozidel o více než 11 %, snížení počtu zastavení vozidel o téměř 18 %, snížení zdržení stáním vozidla o více než 13 % a mírnému zvýšení průměrné rychlosti o 3,2 % oproti stavu bez systému ITS (řízení rychlosti pomocí dopravních značek s proměnnou symbolikou).


153


Tabulka 44 Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání stavu s řízením rychlosti dopravního proudu pomocí ITS (dopravní značení s proměnnou symbolikou) a bez ITS, vysoká intenzita dopravy Parametr průměrné zdržení na 1 vozidlo průměrný počet zastavení na 1 vozidlo průměrná rychlost průměrné zdržení stáním na 1 vozidlo celkové zdržení počet zastavení celkem celkové zdržení stáním

jednotka [s] [-] [km/h] [s] [h] [-] [h]

bez ITS

s ITS

28,8825 25,4885 0,1845 0,1515 60,07525 62,01 0,41425 0,35975 79,04675 70,093 1815,25 1496,5 1,1325 0,98575

Změna absolutní

relativní

-3,394 -0,033 1,93475 -0,0545 -8,95375 -318,75 -0,14675

-11,8% -17,9% 3,2% -13,2% -11,3% -17,6% -13,0%

Tabulka níže ilustruje, že při aplikaci ITS a velmi vysoké proměnlivé intenzitě dopravy (až do stavu kongesce) dochází ke snížení zdržení vozidel o více než 8 %, snížení počtu zastavení vozidel o téměř 10 %, snížení zdržení stáním vozidla o více než 9 % a mírnému zvýšení průměrné rychlosti o 3,6 % oproti stavu bez systému ITS (řízení rychlosti pomocí dopravních značek s proměnnou symbolikou). Je vidět, že při stavu kongesce již Tabulka 45 Tabulka výsledků mikrosimulace – srovnání stavu s řízením rychlosti dopravního proudu pomocí ITS (dopravní značení s proměnnou symbolikou) a bez ITS, velmi vysoká intenzita dopravy (kongesce) Parametr

jednotka

bez ITS

s ITS

změna absolutní

průměrné zdržení na 1 vozidlo průměrný počet zastavení na 1 vozidlo průměrná rychlost průměrné zdržení stáním na 1 vozidlo celkové zdržení počet zastavení celkem celkové zdržení stáním

[s] [-] [km/h] [s] [h] [-] [h]

82,1416 75,089 -7,0526 1,5856 1,4332 -0,1524 32,5928 33,7544 1,1616 3,1946 2,901 -0,2936 228,3782 211,6046 -16,7736 15841,6 14536,4 -1305,2 8,8548 8,1738 -0,681

relativní -8,6% -9,6% 3,6% -9,2% -7,3% -8,2% -7,7%

Na základě zahraniční praxe a rovněž z výše uvedených modelových výsledků lze konstatovat, že výsledky aplikace inteligentního dopravního systému (jeho účinnost) jsou různé v různých podmínkách z hlediska intenzity dopravy, skladby dopravního proudu, lokálních charakteristik dopravního chování a samotných návrhových parametrů mimoúrovňového křížení. Stanovení hranic sledovaného parametru dopravního proudu (intenzita, hustota apod.) pro aktivaci/deaktivaci příslušných dopravních značek omezujících rychlost je individuální dle místních podmínek, ale lze vycházet ze zkušeností již realizovaných projektů nebo prověřením iterační metodou pomocí simulace. Důležité je ale rovněž sledování funkčnosti a účinnosti systému po jeho zprovoznění provést případně jeho doladění.


154


10 ZÁVĚR A SHRNUTÍ Návrh každé mimoúrovňové křižovatky je samostatná specifická úloha, jejíž řešení vyžaduje zohlednění konkrétních podmínek v dané lokalitě a jejich plánovaný stav a funkci ve výhledovém období. Návrhy mimoúrovňových křižovatek se od sebe natolik liší, že není možné v rámci normy pevně stanovit soubor všech parametrů křižovatky. Z normy je možné určit jednotlivé návrhové prvky, jako např. poloměry ramp, délky odbočovacích pruhů, sklony atd., ale vzájemnou synergii všech prvků při konkrétním dopravním zatížení jednoznačně posoudit nelze. Dopravní infrastruktura musí být funkční jako celek, jednoznačným dokladem funkčnosti je plynulý a bezpečný provoz ve výhledovém stavu. K tomu abychom byli schopni zahrnout všechny tyto faktory je potřeba použít komplexní nástroj, kterým je dynamická mikroskopická simulace (mikrosimulace) dopravního proudu. V rámci mikrosimulace lze rovněž posoudit vliv několika křižovatek na sebe navzájem (synergické efekty). Nespornou výhodou použití mikrosimulace při návrhu mimoúrovňové křižovatky je její schopnost pružně, dynamicky vizualizovat zjištěné nedostatky a následně posoudit změny tohoto návrhu. Návrhové metody Současná návrhová metoda pro mimoúrovňové křižovatky vychází z německé normy HBS. Přebrány byly jak principy posouzení, tak numerické limity pro kvantitativní i kvalitativní hodnocení. U samotné německé normy HBS je výhodnou geografická blízkost země původu a z toho vyplývající podobnost v dopravním chování, dopravních předpisech a v charakteristikách dopravního proudu. Aplikace na české prostředí je pak poměrně snadná. Nevýhodou je, že posuzování průpletů nezohledňuje délku průpletových úseků a specifikuje pouze dva konkrétní typy průpletů. Americký manuál HCM (Highway Capacity Manual) pro posuzování prvků dopravní infrastruktury uvádí poměrně sofistikovanou metodu, která vyžaduje vyšší počet vstupních dat. Za výhodu lze považovat, že se jedná o podrobnou metodiku, umožňující posuzovat širokou škálu prvků (např. dlouhé průpletové úseky, různé konfigurace). Mezi nevýhody patří geografická vzdálenost, jiný stupeň automobilizace, odlišné dopravní chování, jiná míra dopravních problémů, rozdíly v pravidlech silničního provozu v zemi původu metodiky – všechny tyto skutečnosti vedou k rozdílům v charakteristikách dopravního proudu ve srovnání s Českou republikou. Dále v oblasti kapacity prvků mimoúrovňových křižovatek uvádí vyšší hodnoty než HBS, což je dáno vysokou rychlostní homogenitou dopravního proudu, vycházejícího z používání tempomatů, automatických převodovek, respektování rychlostních limitů a absencí nutnosti řazení se do „pomalejšího pruhu“ (většinou volná volba pruhu na vícepruhových komunikacích), které vede k vyrovnanějšímu využití jednotlivých pruhů na vícepruhových komunikacích. Technologicky jinou a nejmodernější metodou k ověření funkčnosti křižovatky nebo soustavy křižovatek je mikroskopická simulace dopravního proudu. Její význam a důležitost tkví především Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

155


v komplexním přístupu s možností posouzení jakéhokoli návrhového prvku libovolných parametrů a schopnosti zjistit synergické efekty a jejich dopady na úroveň kvality dopravy. Díky dynamickému průběhu simulace v časových krocích 0,1 s umožňuje rovněž popsat lokální extrémy sledovaných parametrů (např. délka kolony) a definovat potenciální rizika především v případě řešení pohybujících se na hraně kapacity. Simulace je tak ideálním nástrojem nejen pro optimalizační studie. Na druhou stranu je nutno konstatovat, že využití této sofistikované metody vyžaduje dobrou znalost principů stavby modelu a jeho fungování a rovněž schopnost kalibrace modelu dle korelací pozorovaných v reálném provozu. Jak již v práci bylo mnohokrát zmíněno, posouzení nebo optimalizace mimoúrovňové křižovatky vyžaduje individuální přístup a zvážení všech známých lokálních specifik zahrnujících nejen technické řešení zasazené do konkrétního místa ale i dopravní chování. Dopravní chování a jeho aspekty Dopravní chování je tvůrci simulačního softwaru nebo vědci pozorováno a analyzováno ve snaze o co možno nejadekvátnější transkripci do matematických vztahů užívaných simulačním softwarem. Jelikož je dopravní chování samo o sobě závislé na velkém množství faktorů s neaxiomatickými rysy (lidské emoce) nebo stochastické povahy (nahodilosti), jde o náročnou úlohu, vyžadující jistou míru simplifikace. Pro realizaci sběru a interpretaci kalibračních dat je nutno zohledňovat fakt, že dopravní chování je (kromě jiného) závislé na míře saturace dopravní sítě, co se odráží např. na velikosti kritických časoprostorových mezer a agilitě/agresivitě řidičů (gap forcing neboli vynucování vjezdu v případě značných čekacích dob a psychologického tlaku jiných řidičů). V případě nových prvků dopravní infrastruktury je nutné počítat s postupnou mírnou úpravou dopravního chování po jisté konsolidační době potřebné k navyknutí si ze strany řidičů, zejména jedná-li se o nekonvenční nebo nerozšířené řešení. Velmi významnou roli hraje dopravní značení a celková srozumitelnost dopravního řešení. Optimalizace Optimalizační proces je důležitým krokem na cestě od prvého plánu po úspěšnou realizaci dopravní infrastruktury resp. mimoúrovňové křižovatky. Tento proces zabezpečuje výběr nejlepší z možných variant, maximalizaci využití všech prvků, jejich optimální synergii. Rovněž zabezpečí odhalení potenciálních rizik nebo kritických míst. Optimalizační proces má tedy a priori zajistit bezpečné a efektivní fungování dopravní infrastruktury. Prozatím nejdůmyslnějším nástrojem pro tento účel je mikroskopická simulace, a to především díky vzájemné dynamické interakci mezi jednotlivými účastníky dopravního provozu (včetně chodců) a možnosti sledování vznikajících synergických efektů a lokálních extrémů ve sledovaných parametrech (např. délka kolony). Návrhové prvky MÚK Již jedna ze základních zásad navrhování mimoúrovňových křižovatek hovoří o potřebě zohlednění významu a intenzity jednotlivých dopravních proudů v podobě volby odpovídajících prvků, např. využívání direktních a semidirektních ramp. V praxi však bývá toto pravidlo opomíjené pod tlakem na minimalizaci investičních nákladů. Výška investičních nákladů je jistě významným Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

156


parametrem, ale ne tím nejdůležitějším nebo jediným rozhodujícím. Výška investičních nákladů musí být konfrontována s úrovní kvality dopravy ve výhledovém období, s bezpečnosti dopravy, s úrovní jízdního komfortu a ekonomických a environmentálních efektů vznikajících případnými budoucími dopravními problémy. Transformace ztráty času a externalit levnějšího řešení do finančního vyjádření tak již může vycházet ve prospěch dražšího řešení. Mimoúrovňové křižovatky s křižnými body na komunikaci nižšího řádu jsou doplňovány úrovňovými křižovatkami – v případě nízkého zatížení neřízenými průsečnými/stykovými (řešení využíváno zejména v minulosti), okružními (moderní řešení) nebo světelně řízenými křižovatkami (při vysokém zatížení nebo výrazných směrových nerovnoměrnostech v průběhu dne). Řešení s využitím okružních křižovatek s průměrem do 70 m po obou stranách primární nadřazené komunikace je dobrým bezpečným řešením. Některé návrhy však upřednostňují jednu velkou okružní křižovatku (s průměrem často přes 200 m) na silnici nižšího významu. Projektanti takového řešení většinou argumentují nemožností užití malého poloměru pro výškovou separaci a z ní vyplývajících prostorových mantinelů, nebo potřebou zapojení většího počtu ramen. Takové řešení však nectí principy návrhu „moderní okružní křižovatky“, u které bezpečnostní benefity vycházejí především z výrazné redukce rychlosti zabezpečené relativně malými směrovými poloměry. Využití dvou menších okružních křižovatek (průměr do 70m) je považováno za lepší (=bezpečnější) řešení než jedna okružní křižovatka s velmi velkým průměrem. Jednou z nejnebezpečnějších vad některých stávajících křižovatek je absence připojovacího pruhu nebo jeho nedostatečná délka. Čím vyšší je rychlost vozidel v nadřazeném proudu, tím hůře se řidiči v podřazeném dopravním proudu odhaduje velikost časové mezery. Vjezd do nedostatečné vybrané časové mezery s minimální rychlostí pak způsobuje kritické situace a negativní průvodní jevy, jako jsou rázové (šokové) vlny. Dostatečně dlouhé délky odbočovacích a připojovacích pruhů zamezují zbytečnému ovlivňování nadřazeného dopravního proudu a jejich funkčnost je potřeba ověřit v procesu optimalizace projektového návrhu. Řízení MÚK a telematické systémy Eliminace nebo redukce především opakujících se kongescí je předmětem řízení dopravního proudu prostřednictvím inteligentních dopravních systémů neboli telematických aplikací. Opakující se kongesce jsou způsobovány poptávkou převyšující kapacitu křižovatky a neopakující se kongesce jsou způsobovány dočasným snížením kapacity křižovatky (porucha vozidla, stavební práce) při nezměněné poptávce. Aplikace řídících telematických systémů v prostoru mimoúrovňových křižovatek jsou v prostředí České republiky prozatím hudbou budoucnosti, avšak předpokládáme, blízké budoucnosti. Technologie i zkušenosti v zahraničí již delší dobu existují, praktické aplikace v České republice jsou tedy pouze otázkou času. Protnou-li se vzájemně palčivé dopravní problémy s disponibilními prostředky pro rozvoj infrastruktury a vůlí změnit status quo, lze očekávat rozvoj systémů pro řízení rychlosti dopravního proudu (dopravní značení s proměnnou symbolikou) i dávkování vozidel do prioritních dopravních proudů (ramp metering) v prostoru mimoúrovňových křižovatek. Historická


157


zahraniční zkušenost jakož i testování využitím simulačního softwaru ve vhodně volených aplikacích dokazuje užitečnost ramp meteringu i řízení rychlosti v závislosti na míře saturace sledovaného prvku dopravní infrastruktury. Harmonie a heterogenita Bezpečné řešení prvků dopravní infrastruktury, jako je např. mimoúrovňová křižovatka, vytváří jistou míru harmonie. Tuto lze vidět jak v použití optimálních návrhových prvků v harmonické návaznosti a souladu, tak v důsledcích na parametrech dopravního proudu a eliminaci či redukci stresových faktorů pro řidiče. Harmonický dopravní proud lze chápat jako dopravní proud tvořený kooperativními subjekty s minimálním akceleračním šumem, bez rázových vln a projevů agresivity v manévrování. Jednou z podmínek takového stavu je zajištění minimálních rozdílů v rychlostech jednotlivých vozidel neboli rychlostní homogenity dopravního proudu. K tomuto cíli je potřeba nejen správného návrhu jednotlivých segmentů křižovatky (připojovací pruhy, odbočovací pruhy apod.), ale mnohokrát i řízení vozidel k harmonizovanému dopravnímu proudu. Řízení rychlosti jako takové, bývá vnímáno jako restriktivní opatření proti individuální vůli jednotlivců a je buďto „trpěno“ nebo v menší či větší míře ignorováno. Paradoxně, egoistické jednání některých řidičů za účelem zvýšení vlastního individuálního užitku, v tomto případě snaha o ztrátu co nejméně času, vede častokrát ke kolapsu celého dopravního proudu (převod do nestabilního stavu, kongesce). Úspěchem a přínosem k bezpečnosti dopravy a plynulosti provozu by byla proměna takového sobeckého nahlížení na nahlížení uvědomující si celkový přínos v podobě vyšší bezpečnosti dopravy prostřednictvím redukce rychlostní heterogenity dopravního proudu. Problémem není to, že jezdíme „rychle“, ale to, že jezdíme různě rychle.


158


11 LITERATURA [1]

Department of Main Roads: „Road Planning and Design Manual, Chapter 5: Traffic Parameters and Human Factors“, Austrálie, 8/2004

[2]

Department of Main Roads: „Road Planning and Design Manual, Chapter 6: Speed Parameters“, Austrálie, 11/2007

[3]

Forshungsgesellschaft für Straßen - und Verkehrswesen (FGSV): „HBS – Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen“, Germany, 2001;

[4]

ITS University of Leeds & partners: “SMARTEST” (Simulation-Modelling-Applied-toRoad-Transport-European-Scheme-Tests), UK, 2000; http://www.its.leeds.ac.uk/projects/smartest/index.html

[5]

PIARC: „Road Safety Manual“, 2003;

[6]

PTV Karlsruhe: „VISSIM 5.0 User Manual“, Germany, 2007;

[7]

Research Board, National Research Council Transportation: „HCM - Highway Capacity Manual 2000“, Washington D.C., 2000;

[8]

Ředitelství služby dopravní policie Policejního prezidia České republiky: „Přehled nehodovosti na pozemních komunikacích v České republice za rok 1999, 2001, 2002, 2003, 2004“;

[9]

Federal Highway Administration: „Ramp Management and Control Handbook“, USA, 2003-2006

[10]

Federal Highway Administration: „Freeway Management and Operations Handbook“, USA, 2003-2006

[11]

Department of Main Roads: „Road Planning and Design Manual, Chapter 13: Intersection At Grade“, Austrálie, 10/2006

[12]

Department of Main Roads: „Road Planning and Design Manual, Chapter 17: Interchanges“, Austrálie, 12/2005

[13]

Austroads Research Report: „The Use and Application of Microsimulation Traffic Models“, AP-R286 06, Austrálie, 2006

[14]

Ton Hummel: „Intersection Planning in Safer Transportation Network Planning“, SWOV, Nizozemí, 2001

[15]

BVU: „2025 Forecast for Transport Interdependencies across Germany“, Německo, 11/2007

[16]

Monash University Accident Research Centre: „Cost Effective Infrastructure Measures On Rural Roads“, Vägverket (Swedish Road Administration), 6/2003

[17]

David Lynam and Ton Hummel: „The effect of speed on road deaths and injuries: literature review“, Vägverket (Swedish Road Administration), 11/2002

[18]

M. C. Taylor, D. A. Lynam and A. Baruya: „The effects of drivers’ speed on the frequency of road accidents“, TRL, 2000

[19]

Federal Highway Administration: „Guidelines for Applying Traffic Microsimulation Modeling Software, USA, 7/2004

[20]

Federal Highway Administration: „Coordinated Freeway and Arterial operations Handbook“, USA, 5/2006


159


[21]

Federal Highway Administration: „Traffic Congestion and Reliability - Trends and Strategies“, USA, 11/2005

[22]

Federal Highway Administration: „A Guide to Documenting VISSIM-based Microscopic Traffic Simulation Models, USA, 6/2007

[23]

Transportation Research Board: „Traffic Flow Theory“

[24]

Elke Bossaert a Karen Vancluysen: „Bezpečnost a snižování nehodovosti“, Langzaam Verkeer, 2002, www.eu-portal.net

[25]

Wiedemann, R. (1974). Simulation des Straßenverkehrsflusses. Schriftenreihe des Instituts für Verkehrswesen der Universität Karlsruhe, Heft 8.

[26]

Wiedemann, R. (1991). Modeling of RTI-Elements on multi-lane roads. In: Advanced Telematics in Road Transport edited by the Commission of the European Community, DG XIII, Brussels.

[27]

HBS – Hanbuch für die Bemessung von Strassenverkehrsanlagen, Německo, 2001, revize 2002

[28]

HCM – Highway Capacity Manual, Transportation Research Board, USA, 2000

[29]

CityPlan spol. s r.o.: Analýza a predikce parametrů dopravního proudu na 6-ti pruhové dálnici v ČR, Praha 02/07

[30]

CityPlan spol. s r.o.: Optimalizace křižovatky Komořanské se SOKP, stavba 513, na základě výsledků a doporučení rizikové analýzy, Praha, 07/07

[31]

Fellendorf, Vortisch: Validation of the Microscopic Traffic Flow Model VISSIM in Defferent Real – World situation, SRN, 2001

[32]

ČSN 73 6100-1 až 3 Názvosloví pozemních komunikací

[33]

ČSN 73 6101 Projektování silnic a dálnic

[34]

ČSN 73 6102 Projektování křižovatek na pozemních komunikacích

[35]

Motorway Traffic Flow Analysis, Delft University Press, Nizozemí, 1998

[36]

Ředitelství služby dopravní policie Policejního presidia České republiky: Přehled o nehodovosti na pozemních komunikacích v České republice za rok 2008, duben 2009


160


12 PŘÍLOHA A – TYPY DÁLNIČNÍCH KŘIŽOVATEK V ČR název

obrázek

typ

5. května x Na Strži, Praha

trubkovitá

Barrandovský most x Strakonická, Praha

částečná hvězdicovitá

Exit Benešov, D1

trubkovitá


161


Exit Brno centrum, D1 x R52

čtyřlístkovitá

Exit Brno jih, D1 x D2

čtyřlístkovitá

Exit Brno východ, D1

trubkovitá, bez všech křižovatkových pohybů

Exit Brno západ, D1

trubkovitá


162


Cínovecká x Kbelská, D8, Praha

trubkovitá, bez všech křižovatkových pohybů

Exit Černice, D5

trubkovitá s napojením kolektorové silnice I/20

D1 x Jižní spojka, Praha

dvojlístkovitá


163


Exit Ejpovice, D5

trubkovitá a deltovitá

Exit Evropská, R7

deltovitá

Exit Holice, R35

dvojlístkovitá, průpletová

Exit Holubice, D1

trubkovitá


164


Exit Kývalka, D1

trubkovitá s vratnou větví

Exit Makotřasy, R7

trubkovitá

Exit Počernice, D11

dvojlístkovitá

Exit Prostějov sever, R46

trubkovitá


165


Exit Přáslavice, R35

trubkovitá

Exit Řepy, R6

dvojlístkovitá

Exit Slavonín, R35 x R46

čtyřlístkovitá

Exit Třešnice, D5

dvojlístkovitá


166


Exit Plzeň jih, D5

čtyřlístkovitá

Exit Vyškov východ, D1 x R46

trubkovitá

Exit Vyškov západ, D1

trubkovitá


167


Exit Chlumeček, R6

trojlískovitá


168


13 PŘÍLOHA B – TYPY DÁLNIČNÍCH KŘIŽOVATEK VE SVĚTĚ název

obrázek

typ

A3 x A4 Köln Öst (Německo)

částečná hvězdicovitá s jednou vratnou větví

A2 x A12 Oudenrijn (Nizozemí)

dvojlístkovitá

A3 x A40 Kaiserberg (Německo)

dvojitá trubkovitá


169


A3 x A52 Breitscheid (Německo)

dvojlístkovitá

A3 x A560 BonnSiegburg (Německo)

dvojlístkovitá

A3 x A5 Frankfurter Kreuz (Německo)

čtyřlístkovitá


170


A8 x A99 München Süd (Německo)

trojlístkovitá

A10 x A13 Schönefelder Kreuz (Německo)

dvojlístkovitá

Pozn.: Na snímku je vidět i původní vratná větev pro odbočení z východu na jih. Nyní přímá rampa.

Los Angeles 1 (USA)

útvarová městská křižovatka


171


Los Angeles 2 (USA)

hvězdicovitá

A16 x A20 Terbregseplein (Nizozemí)

trubkovitá s bufferem (záložním prostorem pro čekající vozidla)


172

Rozvoj mikrosimulačních metod pro optimalizaci návrhu a řízení mimoúrovňových křižovatek s ohledem na jejich bezpečnost a provozní efektivnost

Recommend Documents