AKTUALIZACE VÝPOČTOVÝCH MODELŮ PRO STANOVENÍ KAPACITY OKRUŽNÍCH KŘIŽOVATEK

Transkript

1 NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU MINISTERSTVO DOPRAVY ČESKÉ REPUBLIKY 1F52I/063/120 AKTUALIZACE VÝPOČTOVÝCH MODELŮ PRO STANOVENÍ KAPACITY OKRUŽNÍCH KŘIŽOVATEK ODBORNÁ ZPRÁVA O ŘEŠENÍ PROJEKTU V ROCE 2007 LEDEN 2008

2 OBSAH A. METODICKÁ ČÁST... 2 A.1 IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE... 2 B. ODBORNÁ ZPRÁVA O ŘEŠENÍ PROJEKTU V ROCE B.1 SHRNUTÍ ŘEŠENÍ PROJEKTU V PŘEDCHOZÍM ROCE... 3 B.2 VÝVOJ METODIKY (AKTIVITA A 701)... 4 B.3 ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ POZNATKŮ /7

3 A. METODICKÁ ČÁST A.1 IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE Program: Národní program výzkumu Evidenční číslo projektu: Název projektu: 1F52I/063/120 Aktualizace výpočtových modelů pro stanovení kapacity okružních křižovatek Část: Odborná zpráva o řešení projektu v roce 2007 Téma: Priorita: Řešení: Číslo zakázky: Zlepšení technického stavu, modernizace dopravní infrastruktury a dopravních prostředků i) Optimalizace návrhových prvků pozemních komunikací Poskytovatel dotace: Příjemce dotace: Česká republika Ministerstvo dopravy sídlo: Nábřeží L. Svobody 12, Praha 1 IČO: Odpovědný řešitel: Další řešitelé: EDIP s.r.o. IČO: sídlo: 8.března 20/12, Liberec 5 tel.: , fax: edip@edip.cz web: Ing. Luděk Bartoš Ing. Vladislav Rozsypal RNDr. Martin Hála, CSc. Ing. Pavel Karlický, CSc. Ing. Jan Martolos Ing. Lenka Kozáková Datum zpracování: leden /7

4 B. ODBORNÁ ZPRÁVA O ŘEŠENÍ PROJEKTU V ROCE 2007 B.1 SHRNUTÍ ŘEŠENÍ PROJEKTU V PŘEDCHOZÍM ROCE PŘEHLED METOD (2005) Byla shromážděna dostupná odborná česká a zahraniční literatura (viz přílohu 13-02). Metody výpočtu kapacity okružních křižovatek používané v zahraničí jsou založeny na dvou přístupech: na teorii časových mezer (odstupů), nebo na empirických vztazích (regresní analýza). V ČR je platná metoda podle ČSN (2007), která byla převzata z TP 135 (2005). Ta vychází ze švýcarské metody profesora Bovyho (1991) pro okružní křižovatky s vnějším průměrem do 50m. TP 135 zároveň umožňuje posouzení kapacity okružních křižovatek s více pruhy na okruhu a spirálovitých. V dalších fázích projektu bylo doporučeno zabývat se podrobnější analýzou metod: platných v ČR, tj. ČSN (2007), podle TP135 (2005), Bovy (1991), včetně jejich modifikací, německé metody podle Wu (1997), resp. HBS (2001) včetně nových poznatků RU Bochum (Brilon). V roce 2006 byla v Německu vydána nová směrnice pro navrhování okružních křižovatek obsahující i novelizovanou metodiku pro posuzování kapacity miniokružních křižovatek a okružních křižovatek se dvěma pruhy na okruhu. POROVNÁNÍ METOD (2005) Shromážděné světové metody byly analyzovány na příkladu dvou okružních křižovatek v ČR. Výpočet byl proveden za pomoci programu KREISEL (BPS Karlsruhe, 2004). Ze závěrů předběžné analýzy vyplynulo: rozptyl výsledků hodnot rezervy kapacity u jednotlivých metod je poměrně značný. Lze usuzovat, že každá metoda odráží odlišnost chování řidičů a místní podmínky v jednotlivých státech a nemusí být přenosná do odlišného prostředí, u obou příkladů je pořadí metod (srovnáno podle hodnoty rezervy kapacity) zhruba shodné, nejpříznivěji vychází posouzení kapacity obou křižovatek při využití metod z anglicky mluvících zemí (Austrálie, USA, Velká Británie), nejméně příznivou se ukazuje metoda francouzská, metody vytipované pro další sledování (TP 135, Bovy, Wu a HBS) vykazují poměrně dobrou shodu s reálnou dopravní situací. DOPRAVNÍ PRŮZKUMY (2006) Dopravní průzkumy okružních křižovatek byly prováděny formou natáčení digitální videokamerou s následným kombinovaným ručně-počítačovým vyhodnocením videozáznamu. Pro účely vyhodnocování obrazu byl vyvinut vlastní vyhodnocovací software. Celkem byl průzkum proveden na 8 okružních křižovatkách. Jedním z hlavních kritérií výběru okružní křižovatky vhodné pro průzkum byla podmínka, která stanovuje, že daná křižovatka by se měla pohybovat na hranici vyčerpané kapacity. Časový rozsah průzkumů byl stanoven na 120 minut ve špičkových hodinách. Na konkrétních křižovatkách byla stanovena doba záznamu tak, aby se pokud možno shodovala s předpokládanou špičkovou hodinou dané křižovatky. Na základě projednání s odbornou veřejností nebylo upřednostňováno hledisko územního rozptýlení na území ČR. Priorita byla kladena na zastoupení typických křižovatek v celém souboru. Přehledná tabulka a mapa sledovaných okružních křižovatek je obsahem Příloh (mapa) a (tabulka). Byly zjištěny charakteristiky každé křižovatky a vyhodnoceny intenzity všech jízdních proudů pro všechny sledované druhy vozidel. 3/7

5 B.2 VÝVOJ METODIKY (AKTIVITA A 701) Vývoj metodiky byl prováděn v těchto fázích: statistická analýza dat, ověření platnosti stávajících metodik, doplňkové průzkumy, návrh metodiky. STATISTICKÁ ANALÝZA DAT Regresní analýza Pro každý vjezd do okružní křižovatky byly vlastním vyhodnocovacím softwarem, který byl vyvinut v předchozím projektu a v rámci tohoto projektu upraven pro potřeby okružní křižovatky, vyčísleny hodnoty všech odmítnutých časových odstupů a přijatého odstupu každého řidiče v podřazeném jízdním proudu. Tato data byla využita jako vstupní pro stanovení příslušných hodnot kritických a následných časových odstupů. Na základě závěrů rozboru možností regresní analýzy, které jsou popsány v příloze 61-02, byly vyhodnoceny minutové intenzity v době průzkumu na všech ramenech sledovaných okružních křižovatek. V grafech v příloze jsou zobrazeny pouze jednominutové intenzity na vjezdu a na okruhu, ve kterých byl daný vjezd na hranici kapacity. Metodou regresní analýzy byly těmito body prokládány různé typy křivek. Stanovení hodnot kritického časového odstupu Ke stanovení hodnot kritického časového odstupu byla využita metoda maximální věrohodnosti. Tuto obecnou statistickou metodu modifikoval pro hledání kritických časových odstupů prof. Troutbeck. Kvalita získaných výsledků byla prověřena numerickými studiemi a simulacemi (Brilon, Koenig, Troutbeck, 1997). V rámci tohoto projektu byla metoda dotvořena pro české prostředí a nově vyvinut způsob stanovení odhadu odchylky stanovené hodnoty. Jako vstupní data se používají dvojice čísel - maximální odmítnuté a přijaté časové odstupy v nadřazených jízdních proudech pro soubor řidičů v podřazeném jízdním proudu. Pracuje se jen s řidiči, kteří se chovají konzistentně (tj. pokud odmítnou určitý časový odstup, nepřijmou později žádný kratší odstup). Ve výpočtu jsme pracovali jen s řidiči, kteří ve vedlejším proudu čekali, tj. odmítli alespoň jeden odstup v nadřazených jízdních proudech. Metoda předpokládá, že pravděpodobnostní rozdělení kritických časových odstupů je logaritmicko-normální. Parametry tohoto rozdělení se odhadují tak, aby pravděpodobnost naměření získaných dat byla maximální možná. To vede k soustavě nelineárních rovnic, jejímž řešením se získají odhady parametrů logaritmickonormálního rozdělení kritických odstupů. Vzhledem ke složitosti soustavy je ji ovšem nutno řešit numerickými metodami. Ze získaných odhadů parametrů se pak již snadno vypočte hlavní výstup - odhad hodnoty kritického časového odstupu. Pro určení kvalitativní úrovně zjištěné hodnoty kritického časového odstupu byl řešitelským týmem nově vyvinut způsob stanovení odhadu odchylky kritického časového odstupu. Ten lze odborně definovat jako věrohodný interval, ve kterém se hodnota může pohybovat. Podrobnější popis metody je obsahem přílohy Základní hodnoty kritických časových odstupů byly stanoveny pro osobní vozidla a dodávky (zjednodušeně považována za jednotková vozidla). Přehledná tabulka zjištěných hodnot kritického časového odstupu pro jednotlivé vjezdy na sledovaných okružních křižovatkách je obsahem přílohy Stanovení hodnot následného časového odstupu Hodnota následného časového odstupu pro každý vjezd byla vypočtena jako aritmetický průměr naměřených odstupů. Základní hodnoty následných časových odstupů byly stanoveny pro osobní vozidla a dodávky (zjednodušeně považována za jednotková vozidla). Přehledná tabulka zjištěných hodnot následného časového odstupu pro jednotlivé vjezdy na sledovaných okružních křižovatkách je obsahem přílohy /7

6 Analýza vlivu faktorů na hodnotu kritického a následného časového odstupu Analýza vlivů na kapacitu okružní křižovatky byla prováděna na hodnotách zjištěných kritických a následných časových odstupů, které charakterizují chování vozidel na okružních křižovatkách kvalitněji než grafy intenzit na okruhu a vjezdu. Analýza byla prováděna na okružních křižovatkách s jedním pruhem na okruhu. Pro konečnou podobu metodiky bylo potřeba zjistit faktory mající vliv na hodnotu kritického a následného časového odstupu. Na základě rešerše podkladů a závěrů jednání s odbornou veřejností byl analyzován vliv těchto faktorů: vnější průměr okružní křižovatky, počet pruhů na okruhu, šířka okružního pásu, přítomnost prstence ve středu okružní křižovatky, počet pruhů na vjezdu, poloměr vjezdu, poloměr výjezdu, úhel trajektorie vjezdu, poloměr oblouku trajektorie na vjezdu, poloměr oblouku trajektorie na výjezdu, šířka vjezdu, šířka výjezdu, vzdálenost mezi kolizními body b, čekací prostor na vjezdu, čekací prostor na výjezdu, charakteristika středového ostrova, intenzity dopravy podíl nákladních vozidel v nadřazeném jízdním proudu, intenzity chodců na vjezdu, průměrná doba zdržení, rezerva kapacity, stupeň vytížení. Podrobný popis posuzovaných vlivů je obsahem přílohy Hodnoty jednotlivých faktorů jsou obsahem přílohy Závěry provedené analýzy a zvolené metody posouzení jsou podrobněji popsány v příloze Z nich vyplývá, že pro účely metodiky se doporučuje zohlednit tyto faktory: geometrie křižovatky (např. existence prstence ve středu okružního pásu, poloměr trajektorie na výjezdu, vzdálenost konfliktních bodů b ) na hodnotu kritického časového odstupu, geometrie křižovatky (např. existence prstence ve středu okružního pásu, šířka okružního pásu, poloměr vjezdu) na hodnotu následného časového odstupu. Potvrdil se i vliv stupně vytížení na hodnotu kritického i následného časového odstupu. Tím byl potvrzen nový poznatek předchozího výzkumného projektu (neřízené křižovatky), který významně mění aktuální světový náhled na stanovování těchto hodnot. 5/7

7 OVĚŘENÍ PLATNOSTI STÁVAJÍCÍCH METODIK V rámci ověření platnosti metodik pro výpočet kapacity okružní křižovatky byly porovnávány metodiky, které byly v rámci výzkumného projektu podrobněji sledovány, tj. platná česká metoda podle ČSN (resp. TP135), která vychází z metody prof. Bovyho a německá metoda podle HBS. Oběma metodami byl proveden kapacitní výpočet na skutečně zjištěné intenzity dopravy v době průzkumu na všech 8 okružních křižovatkách. Teoreticky vypočtené výsledky střední doby zdržení byly poté porovnány se skutečně naměřenou průměrnou dobou zdržení. Podrobný popis výsledků porovnání je obsahem přílohy Ze jejich závěrů vyplývá: Obě porovnávané metody poměrně dobře určují nejproblematičtější vjezdy. V otázce vyčerpání kapacity se však od skutečného provozu na některých okružních křižovatkách velmi odlišují. V případě jednopruhových okružních křižovatek je shoda vypočtených výsledků se skutečností poměrně dobrá. Lepší shody s reálným provozem je dosahováno u výpočtu podle německé HBS, nicméně ani tato metoda nelze pro všechny okružní křižovatky v ČR využít. V případě obou posuzovaných dvoupruhových okružních křižovatek metoda prof. Bovyho nevystihuje reálný provoz. Řádově lepších výsledků dosahuje opět metoda podle německé HBS. Závěry porovnání se u jednotlivých křižovatek velmi odlišují. V rámci návrhu metodiky bude potřeba nalézt natolik variabilní metodiku, která by dokázala postihnout odlišnost kapacitních možností různých křižovatek (např. výrazný kapacitní rozdíl mezi okružní křižovatkou Praha a Sokolov). DOPLŇKOVÉ PRŮZKUMY V roce 2007 byly provedeny doplňkové průzkumy na okružních křižovatkách v Lovosicích (I/15 x I/30 a I/30 x MK Dlouhá). Byla získána data o nově vzniklé okružní křižovatce se spirálovitým uspořádáním v Brně viz také přílohu NÁVRH METODIKY Návrh metodiky předpokládá využití teorie časových mezer (odstupů) při zohlednění znalosti hodnot t g, t f a t min v českém prostředí. Ta je v našem výzkumu reprezentována německou metodou podle HBS. Její blízkost českému prostředí se prokázala při ověřování platnosti této metody na sledovaných okružních křižovatkách. Velmi zajímavým zjištěním je i fakt, že na sledovaných jednopruhových okružních křižovatkách vychází průměrná hodnota t g 4,10 s, a průměrná hodnota t f 2,88 s, což je v přímé shodě s platnými hodnotami německé směrnice (4,1 s, resp. 2,9 s). Navrhovaná česká metodika ale bude, na rozdíl od německé, zohledňovat odlišnou mezní kapacitu okružních křižovatek, jak se ukázalo na příkladu dvou extrémů: křižovatek Praha a Sokolov. Na základě závěrů analýzy vlivů na kapacitu okružní křižovatky očekáváme, že tato odlišnost bude definována odlišnými hodnotami kritických a následných časových odstupů v závislosti na geometrii křižovatky. Větší význam bude přikládán i otázce vlivu přecházejících chodců na kapacitu vjezdu i výjezdu. Podrobnější koncept metodiky je obsahem přílohy /7

8 B.3 ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ POZNATKŮ Byly vyhodnoceny minutové intenzity v době průzkumu na všech ramenech sledovaných okružních křižovatek. Metodou regresní analýzy byly těmito body prokládány různé typy křivek. Byla ověřena platnost vybraných metodik pro výpočet kapacity okružní křižovatky na skutečně zjištěné intenzity dopravy v době průzkumu na všech 8 okružních křižovatkách. Ani jedna z metodik plně nevyhovuje českému prostředí, bližší reálnému provozu se ukázala německá metodika HBS. Byly stanoveny hodnoty kritických a následných časových odstupů na všech vjezdech sledovaných okružních křižovatek. o o Pro stanovení hodnot kritického časového odstupu byla pro české prostředí dotvořena matematická metoda maximální věrohodnosti a nově vyvinut způsob stanovení odhadu odchylky stanovené hodnoty. Hodnoty následných časových odstupů byly stanoveny aritmetickým průměrem z naměřených časových odstupů. Byla provedena analýza vlivů na hodnotu kritických a následných časových odstupů. Analýzou byl prokázán vliv geometrie křižovatky na hodnotu kritického i hodnotu následného časového odstupu. Teoretický model pro posuzování kapacity okružní křižovatky bude vycházet z principu německé směrnice HBS, která se ukazuje jako nejbližší českému prostředí. Na rozdíl od německé metody však předpokládáme možnost volby hodnot t g a t f v závislosti na geometrii křižovatky. Předpokládáme, že pro účely ověřování metodiky bude v příštím roce využit mikrosimulační matematický model VISSIM. Jeho užitečnost spatřujeme zejména při zjišťování mezních stavů konkrétních křižovatek a ověřování vlivu jednotlivých faktorů na kapacitu křižovatky. 7/7