Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební, Katedra dopravního stavitelství Ludvíka Podéště 1875/17 708 33 Ostrava Poruba Vliv geometrie stavebních prvků na bezpečnost a plynulost provozu na okružních křižovatkách a možnost predikce vzniku dopravních nehod Projekt výzkumu a vývoje č. CG911-008-910 Ministerstvo dopravy, Česká republika Odpovědný řešitel: doc. Ing. Ivana Mahdalová, Ph.D. Odborná příloha č. 09-01 (příloha k roční zprávě projektu za rok 2009) Rešerše literatury Leden 2010
Příloha 09-01 Rešerše literatury 09-01-1 Návrh geometrického tvaru stavebních prvků okružní křižovatky Roundabouts: An Informational Guide [12] směrnice Federálního ministerstva dopravy USA pro navrhování okružních křižovatek z roku 2000 o celkovém rozsahu 268 stran pojednává velmi komplexně celou oblast navrhování okružních křižovatek. Bezpečnosti provozu na okružních křižovatkách je zde věnována samostatná kapitola 5 Safety (Bezpečnost) o rozsahu 26 stran, která zahrnuje i pasáž věnovanou predikci dopravních nehod a odkazuje na britský predikční model Maycock Hall. Podrobná pravidla pro optimalizaci geometrického uspořádání včetně odůvodnění jsou obsažena v samostatné kapitole 6 Geometric Design (Návrh geometrie) o rozsahu 54 stran. Výběr z nejvýznamnějších pasáží této směrnice je uveden v příloze 09-02 této odborné zprávy. Design Manual [5] technická příručka pro projektování vydaná Ministerstvem dopravy státu Washington v roce 2008. Návrhu okružních křižovatek je věnována samostatná kapitola 915 Roundabouts (Okružní křižovatky) o rozsahu 43 stran. Podrobně se zde popsán návrh geometrie okružní křižovatky i předepsaný postup ověření kvality návrhu pomocí analýzy nejrychlejších jízdních drah, konstrukce vlečných křivek a rozhledových poměrů pro všechny přípustné pohyby v křižovatce. Manuál doplňuje federální směrnici Roundabouts: An Informational Guide. Recomendaciones sobre glorietas [11] španělská směrnice pro projektování okružních křižovatek vydaná Ministerstvem veřejných prací, Generálním ředitelstvím cest v roce 1999 ze zabývá poněkud podrobněji geometrií návrhu z hlediska bezpečnosti. Uvažuje rovněž s trajektorií pro nejrychlejší průjezd vozidla a nepřipouští kolmé vjezdy orientované na středový ostrov. Požaduje se, podobně jako např. ve Velké Británii, dodržení určitého nájezdového úhlu viz obr. 1. Obr. 1 Znázornění trajektorie průjezdu vozidla na okružní křižovatce podle španělské směrnice Recomendaciones sobre glorietas 1 Příloha 09-01
Empfehlungen Kreisverkehrsplätze [6] směrnice pro projektování okružních křižovatek vydaná Baudepartement Kanton Aargau ve švýcarském kantonu Aargau mimo jiné konstatuje vztah mezi geometrií a bezpečností provozu a požaduje ověřování velikosti vjezdového úhlu α a velikosti úhlu vychýlení β na trajektorii přímého průjezdu kolem středového ostrova viz následující obr. 2. Požaduje se při ostrých vjezdových úhlech α < 70 grad z důvodu bezpečnosti hodnota úhlu vychýlení β 40 grad. Obr. 2 Označení základních rozměrů na okružní křižovatce podle švýcarské směrnice Empfehlungen Kreisverkehrsplätze Merkblatt für die Anlage von Kreisverkehren [9] v ČR často zmiňovaná německá směrnice z roku 2006 věnuje geometrii okružní křižovatky několik schématických obrázků bez podrobnějšího odůvodnění parametrů stavebních prvků a celkového geometrického uspořádání ve vztahu k bezpečnosti a plynulosti dopravního provozu. TP 04/2004 Projektovanie okružných križovatiek na cestných a miestnych komunikáciách [15] slovenské technické podmínky Ministerstva dopravy, pošt a telekomunikácií SR vydaná v roce 2004 uvádí stručně parametry geometrických prvků bez bližší specifikace vztahu geometrie a bezpečnosti dopravy v kapitole 4 Zásady návrhu okružnej križovatky. TP 135 Projektování okružních křižovatek na silnicích a místních komunikacích [16] technické podmínky Ministerstva dopravy z roku 2005 popisují stručně základní zásady pro navrhování jednotlivých geometrických parametrů okružních křižovatek v kapitole 5 Zásady návrhu, a to ve srovnatelném rozsahu, jako již zmiňovaná německá směrnice. 09-01-2 Modely pro predikci dopravních nehod Britský model Maycock Hall [8] publikovaný výsledek výzkumného projektu Crashes at four-arm roundabouts (Nehody na čtyřramenných okružních křižovatkách), TRRL Laboratory Report LR 1120, z roku 1984. Model predikuje vznik jednotlivých druhů nehod v závislosti na intenzitě dopravy a geometrii okružní křižovatky. Tento model je prezentován v příloze 09-03 (část A) odborné zprávy. 2 Příloha 09-01
Australský model Arndt Troutbeck [1] publikovaný výsledek výzkumu Relationship Between Roundabout Geometry and Accident Rates (Vztah mezi geometrií okružní křižovatky a počtem nehod), Queensland Department of Transport, Australia, 1998. Model predikuje vznik jednotlivých druhů nehod v závislosti na intenzitě dopravy a geometrii okružní křižovatky. Model je prezentován v příloze v příloze 09-03 (část B) odborné zprávy. Švédský model Brüde Larsson [2] výsledek výzkumného projektu publikovaný výzkumným institutem VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) v článku What roundabout design provides the highest possible safety? zveřejněném v časopise Nordic Road and Transport Research v roce 2000. Model predikuje nehodovost (t.j. počet nehod na 1 mil. vozidel) na okružní křižovatce v závislosti na počtu paprsků, dovolené rychlosti a počtu pruhů na okružním pásu. Tento model prezentuje příloha v příloze 09-03 (část C) odborné zprávy. 09-01-3 Další literatura vztahující se k řešené problematice Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) [14] pravidla provozu na pozemních komunikacích v Německu ve znění, které platí od 1.9.2009. K jízdě na okružní křižovatce se vztahuje pouze jeden krátký odstavec. Pravidla pro průjezd vícepruhovou okružní křižovatkou stanovena nejsou. Rozměrná vozidla mají povoleno přejíždět středový ostrov. Podrobnosti jsou uvedeny v příloze 09-04 odborné zprávy. California Driver Handbook 2009 [3] Kalifornská příručka řidiče vydaná Department of Motor Vehicles, Sacramento, 2009. Jízdu okružní křižovatkou upravuje samostatný oddíl Roundabouts (Okružní křižovatky) v kapitole Laws and Rules of the Road (Zákony a pravidla na pozemních komunikacích). Jsou zde stanovena pravidla pro užití jízdních pruhů pro různé dopravní pohyby na okružní křižovatce s více jízdními pruhy. Tato pravidla platí ve státě Kalifornie. Podrobnosti jsou uvedeny v příloze 09-04 odborné zprávy. V různých státech USA platí samostatná pravidla provozu na pozemních komunikacích, v některých státech vlastní pravidla nemají. Seznam pravidel pro státy USA je dostupný online z URL http://www.mit.edu/~jfc/laws.html (citováno 9.1.2010). The Highway Code [17] britská pravidla silničního provozu věnují užívání okružní křižovatky sedm samostatných paragrafů a poměrně podrobně stanovují pravidla pro jízdu na okružní křižovatce. Je však nutné vzít na vědomí, že ve Velké Británii se jezdí vlevo. Podrobnosti jsou uvedeny v příloze 09-04 odborné zprávy. Modern Roundabout Practice in the United States, NCHRP Synthesis 264 [10] zpráva výzkumného projektu Praxe moderních okružních křižovatek ve Spojených státech řešeného v rámci National Cooperative Highway Research Program vydaná Transportation Research Board v USA v roce 1998 přináší mimo jiné přehled o roční frekvenci nehod na okružních křižovatkách v některých zemích, který shrnuje tab. 1. 3 Příloha 09-01
Tab. 1 Roční průměrná frekvence nehod na okružních křižovatkách země typ OK počet OK průměrný počet nehod za rok na OK údaje za rok USA malá/střední 8 2,4 velká 3 15,3 1997 Nizozemsko malá s 1 pruhem na okruhu, D=30 m 181 2,4 1992 Austrálie NEUVEDENO 230 2,29 1990 D < 30 m 0,69 D = 30 50 m 1,54 Francie D = 50 70 m 1,58 celkem 83 D = 70 90 m 1,81 1986 D > 90 m 3,8 ovál 4,4 Roundabouts in the United States, NCHRP REPORT 572 a Appendixes NCHRP w94 [13] zpráva výzkumného projektu Okružní křižovatky ve Spojených státech řešeného v rámci National Cooperative Highway Research Program vydaná Transportation Research Board v USA v roce 2007 přináší mimo jiné přehledné srovnání všech tří zmíněných významnějších predikčních modelů viz příloha 09-03. Experimental Validation of Accident Prediction Models for Roundabouts [4] článek autorů z University of Catania publikovaný v roce 2007 na webových stránkách italské společnosti pro silniční infrastrukturu Societá Italiana Infrastrutture Viarie (SIIV) uvádí závěry experimentálního ověření použitelnosti britského a australského predikčního modelu pro predikci nehod na okružních křižovatkách v Itálii. Oba modely byly ověřovány na pěti konkrétních okružních křižovatkách srovnáním vypočteného počtu nehod se skutečným počtem nehod, které se na sledovaných okružních křižovatkách staly. Experimentální ověření přitom nepřineslo jednoznačné závěry, protože ve čtyřech z pěti případů byl výrazně věrohodnější model australský a v jednom případě vyšel naopak jako výrazně věrohodnější model britský. Transferability of Overseas Crash Prediction Models to New Zealand [18] článek autorů Turner, Persund a Chou publikovaný v roce 2007 na webových stránkách novozélandské společnosti Institution of Professional Engineers New Zealand (IPENZ), její odborné skupiny Transportation Group (IPENZ-TG), popisuje možnost přenositelnosti predikční nehodových modelů mezi různými zeměmi srovnáním vypočtených a reálných hodnot počtů nehod evidovaných na okružních křižovatkách v USA, Franci a na Novém Zélandu. Autoři konstatují, že problém spočívá v různém systému evidence nehod v jednotlivých zemích. Uvádějí přitom, že je možné stanovit vhodný přepočtový koeficient, kterým lze kalibrovat predikční model platný v jedné zemi tak, aby poskytoval relevantní výsledky predikce nehod na okružních křižovatkách pro jinou zemi s odlišným způsobem statistické evidence nehod. Folprechtova videoanalýza konfliktních situací [7] u okružních křižovatek vykazující velký počet dopravních nehod, a to především u těch, kde jsou nehody evidentně zapříčiněné geometrickým uspořádáním okružní křižovatky, lze provést analýzu a vyhodnocení konfliktních situací použitím metodiky Folprechtovy videoanalýzy konfliktních situací, která byla vyvinuta v 70. letech doc. Ing. Janem Folprechtem, Ph.D. a v letech 1998 až 2009 4 Příloha 09-01
zdokonalena pracovníky Laboratoře silniční dopravy, VŠB Technické univerzity Ostrava pod vedením Ing. Vladislava Křivdy, Ph.D. Podle této metodiky je konfliktní situace (KS) takový okamžik a situace v silničním provozu, kdy vzniká (nebo může vzniknout) pro některé jeho účastníky větší než obvyklá míra nebezpečí. Každé dopravní nehodě předchází konfliktní situace; dopravní nehoda je vlastně důsledek takové KS, kdy se nepodařilo míru nebezpečí střetu vozidla s okolím odvrátit. KS jsou tedy potenciální nehodové situace. Výskyt KS v silničním provozu je jev poměrně velmi četný a vždy existují (a budou) existovat v každém místě silniční sítě nějaké skryté faktory, které za určitých podmínek (provozních, stavebních, povětrnostních aj.) se mohou projevit jako faktory dopravních nehod (resp. chybného chování účastníků silničního provozu). Tyto skryté faktory lze odkrýt právě při sledování KS, tzn., že dopravní projektant nikdy nemůže s naprostou jistotou své dopravní řešení považovat za naprosto bezpečné a vyhovující. Právě sledování KS může ujistit o jeho nezávadnosti. Ke sledování a hodnocení KS se používá videoaparatura. S její pomocí lze přenést reálnou dopravní situaci z ruchu ulice do klidu kanceláře dopravního inženýra a tam ji analyzovat opakovaně a třeba i zpomaleně. Eliminují se tak rušivé vlivy silničního provozu (hluk, prach, emise, vibrace, intenzita provozu atp.) a počasí (teplota, vítr, déšť atp.). Posuzování KS lze navíc konzultovat kolektivně. Ze záznamu lze mimo KS zjišťovat a zaznamenávat také základní charakteristiky dopravního provozu v daném místě (tj. zejména intenzita a složení dopravních proudů, popř. hustota, rychlost, zdržení, délky front apod.) atp. Pozorované konfliktní situace jsou zaznamenávány trojmístným klasifikačním symbolem, který je složen z číslice, písmen(a) a další číslice (charakterizuje účastníky konfliktu, způsob konfliktu a míru závažnosti konfliktu). První číselný znak udává tedy stupeň závažnosti KS podle tohoto dělení: 1. nejnižší stupeň situace, které lze považovat za potenciální KS, tj. kdy jde o porušování dopravních předpisů v té chvíli osamoceným účastníkem dopravy (tj. bez přítomnosti jiných, které by mohla taková akce ohrozit, 2. stupeň situace, kdy lze pozorovat narušení plynulosti provozu, tzn. anomálie, které nevyvolávají násilnou reakci, ale váhání, agresivita či prosté chybné jednání je zřejmé a má za následek reakci dalších účastníků, 3. nejvyšší stupeň situace, kdy jedině prudká úhybná akce (ostré brzdění nebo náhlé vybočení) zamezí střetu. Jako veličinu, která dává určitou představu o míře nebezpečnosti provozu na daném místě, je možno použít ukazatel relativní konfliktnosti, který nám udává počet konfliktních situací na 100 vozidel, resp. na 100 chodců. Tímto způsobem lze určit ukazatel relativní konfliktnosti nejen pro celou sledovanou křižovatku, resp. sledované místo, ale také pro určitý typ vzniklé konfliktní situace. Z komparace ukazatelů relativní konfliktnosti z různých míst lze ukazovat na míru nebezpečnosti dotyčných lokalit. Vhodné je také srovnání koeficientů zjištěných na témže místě v různém období. Výsledné počty jednotlivých druhů KS lze sčítat v rámci jejich kategorií a jejich četnost vztahovat k intenzitám dotyčných (nebo veškerých) dopravních proudů. Zanesením značek do půdorysného schématu dotyčné lokality se velmi dobře ozřejmí místa jejich kumulací a tím i jejich příčiny. Z toho lze pak vyvodit i formu možných opatření, které by uvedenému chování zabránily. Četnost výskytu je ukazatelem váhy (míry vlivu) příčin, které logicky vyplývají z typů KS. Projektant tak může pouhým posouzením těchto výstupů provést odpovědný návrh na úpravu. Na základě pozorování a analýzy KS lze tak činit závěry o míře nebezpečnosti sledovaného místa a tedy i činit opatření ke zvýšení bezpečnosti. Podrobnosti o Folprechtově videoanalýze konfliktních situací lze nalézt i v další literatuře. 5 Příloha 09-01
Literatura: [1] ARNDT, O. K. and TROUTBECK, R. J. Relationship Between Roundabout Geometry and Accident Rates. Final Report. Brisbane : Department of Main Roads, Queensland, Australia, 1998. [2] BRÜDE, U., and LARSSON, J. What Roundabout Design Provides the Highest Possible Safety? In Nordic Road and Transport Research, No. 2, 12. ročník. Swedish National Road and Transport Research Institute, 2000. ISSN 1101-5179. Dostupný online z URL http://www.nordicroads.com/website/files/nordic_nr2-2000.pdf [3] California Driver Handbook 2009. Sacramento : State of California, Department of Motor Vehicles, 2009. Dostupný online z URL http://www.mit.edu/~jfc/laws.html [4] CANALE, S., LEONARDI, S. and PAPPALARDO, G. Experimental Validation of Accident Prediction Models for Roundabouts. In 4 th International SIIV Congress. Palermo, 2007. Dostupný online z URL http://sed.siiv.it/documenti/63_2848_20080110112136.pdf [5] Design Manual. Washongton : Washington State Department of Transportation, 2008. Dostupný online z URL http://www.wsdot.wa.gov/publications/manuals [6] Empfehlungen Kreisverkehrsplätze. Aarau : Baudepartement Kanton Aargau, Abteilung Verkehr, 2004. Dostupný online z URL http://www.ag.ch/verkehr/de/pub/daten_und_fakten/downloads/empfehlungen_kreisverk ehrsplae.php [7] KŘIVDA, V. Posouzení účinnosti okružních křižovatek. Disertační práce pod vedením doc. Ing. Jana Folprechta, Ph.D. 2002. FS, VŠB-TU Ostrava. [8] MAYCOCK, G. and HALL, R.D., Crashes at four-arm roundabouts. TRRL Laboratory Report LR 1120. Crowthorne, United Kingdom: Transport and Road Research Laboratory,1984 [9] Merkblatt für die Anlage von Kreisverkehren. Forschungsgesellschaft für Strassen- und Verkehrswesen e.v., Köln, 2006, ISBN 3-937356-83-5 [10] Modern Roundabout Practice in the United States. NCHRP Synthesis 264. Washington: Transportation Research Board, 1998. ISBN 0-309-06120-2 [11] Recomendaciones sobre glorietas. Madrid : Ministerio de Fomento, 1999. ISBN 84-7433-616-3 [12] ROBINSON, B.W. and comp. Roundabouts: An Informational Guide. Virginia : U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration, 2000. Dostupný online z URL http://www.tfhrc.gov/safety/00068.htm [13] Roundabouts in the United States, NCHRP REPORT 572, Appendixes NCHRP w94. Web-Only Document. Transportation Research Board, 2006. Dostupný online z URL http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/nchrp/nchrp_w94.pdf [14] Straßenverkehrs-Ordnung (StVO). Bonn : Bundesgesetzblatt Jahrgang 2009 Teil I Nr. 52 S. 2631, 2009. Dostupné online z URL http://www.verkehrsportal.de/stvo/stvo.php (citováno 9.1.2010) 6 Příloha 09-01
[15] TP 04/2004 Projektovanie okružných križovatiek na cestných a miestnych komunikáciách. Bratislava : Ministerstvo dopravy, pôšt a telekominikácií SR, 2004. Dostupný online z URL http://www.ssc.sk/files/documents/technicke-predpisy/tp_04_2004_ok.pdf [16] TP 135 Projektování okružních křižovatek na silnicích a místních komunikacích. Praha : Ministerstvo dopravy České republiky, 2005. [17] The Highway Code. Online version. United Kingdom: Department for Transport's. Dostupné online z URL http://www.direct.gov.uk/en/travelandtransport/highwaycode/index.htm (citováno 15.1. 2010) [18] TURNER, S., PERSAUND, B. a CHOU, M. Transferability of Overseas Crash Prediction Models to New Zealand. In Technical Conference 2007 of Institution of Professional Engineers New Zealand - Transportation Group. Tauranga, New Zealand : 2007. Dostupný online z URL http://www.ipenz.org.nz/ipenztg/papers/2007_pdf/a3a_turnerpersaudchou.pdf 7 Příloha 09-01