Utak és környezetük tervezése

Átírás

1 Dr. Fi István Utak és környezetük tervezése 7A. előadás: Rámpák és rámpakapcsolatok a HCM '94 alapján

2 A rámpa elemei A rámpa olyan útszakaszként definiálható, melynek két út közötti kapcsolat létrehozása a feladata. A rámpa 3 fő geometriai elemből áll: 1. A rámpa-gyorsforgalmú út közötti csomópont; 2. A rámpa; 3. A rámpa-közút közötti csomópont.

3 A forgalomlebonyolódás jellemzői A gyorsforgalmú úton haladó és a rámpán a gyorsforgalmú útra igyekvő járművek ugyanazon helyre pályáznak a becsatlakozásnál. A becsatlakozási szakaszon a rámpáról érkező járművek próbálnak helyet találni maguknak szomszédos gyorsforgalmú úton lévő sáv forgalmi áramlatában. A szélső sávot 1-es sávként jelöljük. A sávokat pedig 1-től N-ig számozzuk, a szélső 1-es sávtól befelé nő a szám.

4 A forgalomlebonyolódás jellemzői Ahogy a gyorsforgalmú úton haladók közelednek a rámpabecsatlakozás felé, beljebb sorolnak, hogy elkerüljék a rámpáról besoroló járművek okozta zavart. Tanulmányok kimutatták, hogy a becsatlakozás az 1. és 2. sávban jár leginkább következményekkel (és persze a gyorsítósávban), méghozzá a becsatlakozási ponttól előre kb. 460 m-rel. Ez a becsatlakozó rámpa 'hatásterülete'.

5 Kiválás és becsatlakozás hatásövezetei

6 A forgalomlebonyolódás jellemzői A kiválásoknál a fő művelet a kiválás, így egy forgalmi áramlatból két különböző áramlat lesz. A kiváló járművek a rámpa melletti 1-es sávot kell hogy használják. Így a rámpa felé közeledve a kiválni szándékozó járművek jobbra tartanak, a gyorsforgalmú úton maradók elkerülendő a keveredést balra húzódnak. A hatásterület ebben az esetben a lassító sávban, valamint az 1-es és 2-es sávokban, a kiválási ponttól visszafelé kb. 460 m hosszan értendő.

7 A gyorsító- és lassítósávok hosszának méretezése A becsatlakozások és kiválások forgalomlebonyolódását befolyásoló mértékadó geometriai jellemző a gyorsítósáv (L A ) és lassítósáv (L D ) hossza.

8 Módszertan A modellnek 3 fő lépése van: 1. A forgalom felvétele az 1-es és a 2-es sávban, közvetlenül a becsatlakozás vagy a kiválás előtt. E forgalomnagyságot V 12 - vel jelöljük. 2. A mértékadó kapacitás számítandó, majd összehasonlítandó a forgalmi igényekkel. A kapacitást kétféleképpen becsüljük: (a) a becsatlakozási vagy kiválási terület legnagyobb teljes forgalomnagysága (V FO a becsatlakozásnál, V FO + V R a kiválásnál); (b) a legnagyobb forgalomnagyság, ami beléphet a becsatlakozási/kiválási hatásterületre (V R12 a becsatlakozásnál, V 12 a kiválásnál). Ha a forgalmi igény a két kapacitásérték bármelyikét meghaladja, akkor torlódás várható. 3. A sűrűség (D R ) és ennek alapján a szolgáltatási szint meghatározása a becsatlakozásnál/kiválásnál. Egyes esetekben a járművek becsatlakozási/kiválási területen belüli átlagsebessége becsülhető.

9 Módszertan A következő ábrán látható összes változó egységesen E/h dimenzióban kifejezett, a megfigyelt óra 15 perces csúcsidőszakára értelmezett. Az első feladat a gyorsforgalmú úti és a rámpán lévő forgalomnagyság átváltása E/h dimenzióba, a 15 perces csúcsidőszakra vonatkozóan. Az alábbi egyenletet használhatjuk erre: ahol: v pcph -a 15 perces csúcsidőszakhoz tartozó forgalomnagyság E/h-ban, ideális feltételek mellett; V vph - az egészórás forgalomnagyság j/h-ban, a fennálló viszonyok mellett; PHF - a csúcsóra tényező; f HV - a nehézjárművek kiegyenlítő tényezője; f W - a sávszélesség és az oldaltávolság kiegyenlítő tényezője; -a járművezetők összetétele miatt alkalmazott kiegyenlítő tényező. f P v pcph = PHF V f vph HV f W f P

10 A kiválás és becsatlakozás által befolyásolt értékek

11 Az 1-es és 2-es sávba belépő forgalmak becslése (V 12 ) Tanulmányok kimutatták, hogy a gyorsforgalmú úton, közvetlenül a becsatlakozási és kiválási területek előtt lévő járművei sávok közötti megoszlásában szerepet játszanak: V F V FO V R a gyorsforgalmú út teljes, a becsatlakozási, kiválási területet megközelítő és elhagyó forgalomnagysága [E/h]; a rámpa teljes forgalomnagysága [E/h]; L A vagy L D a gyorsító- vagy lassítósáv teljes hossza [m]; S FR a rámpa szabad áramlási sebessége a becsatlakozási vagy kiválási pontban [km/h]. A gyorsító- és lassítósávok hossza befolyásolja a sávok közötti forgalommegoszlást. A becsatlakozási területen a hosszabb gyorsítósávok következtében kisebb a keveredés és a sűrűség. A lassítósáv hosszának a hatása kevésbé hangsúlyos a kiválási hatásterületen.

12 Az 1-es és 2-es sávba belépő forgalmak becslése (V 12 ) Egy adott rámpánál lévő sávok közötti forgalommegoszlásra hatással lehet a szomszédos megelőző és követő rámpák forgalma.a befolyásoló tényezők: V U szomszédos megelőző rámpa forgalomnagysága [E/h]; V D szomszédos követő rámpa forgalomnagysága [E/h]; szomszédos megelőző rámpa távolsága [m]; D U D D szomszédos követő rámpa távolsága [m]. Az, hogy a szomszédos megelőző és követő rámpáknak jelentős hatásuk van-e a sávok közötti forgalommegoszlásra, függ a gyorsforgalmú út keresztmetszetétől, a követő és megelőző rámpák típusától, a távolságoktól és a forgalmaktól.

13 ( ) FD Az általános modellszerkezet A közvetlenül egy egysávos, jobboldali becsatlakozó-rámpa előtti forgalomnagyság (V 12 ) becslésére szolgáló képlet: V 12 = V F P FM ahol: P FM az 1-es és 2-es sávokban maradó gyorsforgalmú úti járművek aránya, közvetlenül a becsatlakozó rámpa előtt; V 12 és V F fogalmát az előzőekben már meghatároztuk. Az egysávos, jobboldali kiválási rámpák modelljénél egy másik képletet kell alkalmazni. Az eredmény az 1-es és 2-es sávokban maradó járművek aránya. Az e logikát kifejező képlet, ahol: P FD az 1-es és 2-es sávokban maradó gyorsforgalmú úti járművek aránya a kiváló rámpa előtt 12 R F R V = V + V V P

14 Egyedi modellek A következő táblázatokban az egysávos, jobboldali becsatlakozó és kiváló rámpákra vonatkozó modellek láthatóak, amelyek megadják, hogy egy adott kialakításra vonatkozóan mely képletek alkalmazandóak. A négysávos gyorsforgalmú úton V 12 becslését az 1. egyenlet adja. A 2. egyenlet a hatsávos gyorsforgalmú utak általános egyenlete. A 3. és 4. egyenletek a hatsávos gyorsforgalmú utakba való becsatlakozásokat elemzik, de számításba veszik a szomszédos megelőző, ill. követő kiváló rámpáknak a vizsgált rámpára kifejtett hatását. Ezen egyenletek csak akkor használatosak, amikor az összes változó a becsatlakozásra vonatkozó táblázatokban mutatott határokon belülre esik. Amikor a bemenő változók e határokon kívülre esnek, akkor a 2. egyenlet alkalmazandó. Az 5.egyenlet a nyolcsávos gyorsforgalmi utak becsatlakozó rámpájánál használatos.

15 Egyedi modellek A 6. egyenlet a négysávos gyorsforgalmi utak kiválásaira vonatkozik. A 7. egyenlet a hatsávos gyorsforgalmú utak általános kiválási egyenlete. A 8. egyenlet a hatsávos gyorsforgalmú utak kiváló rámpáira vonatkozik, ahol egy szomszédos megelőző becsatlakozó rámpa is müködik. A 9. egyenlet ott használandó, ahol egy követő kiválási rámpa van. Ezen egyenleteket csak akkor kell használni, amikor az összes változó a kiválási összefüggéseket tartalmazó táblázatokban jelzett határokon belül esik. Ha nem, akkor a 7. egyenlet használandó. A 10. egyenletet a nyolcsávos gyorsforgalmú utak egysávos jobboldali kiválási rámpáinál használjuk. Ez azt jelenti, hogy az 1-es és 2-es sávban maradó forgalom aránya állandó. Ennek következtében a V 12 -re csak a V F és V R van hatással.

16 Modellek V 12 becslésére becsatlakozásnál Egyenletek: V 12 = V F P FM 1. Egyenlet P FM = Egyenlet P FM = L A 3. Egyenlet P FM = (V F + V R ) S FR D U 4. Egyenlet P FM = V D /D D 5. Egyenlet P FM = V R L A /S FR

17 Modellek V 12 becslésére becsatlakozásnál Alkalmazandó statisztika: Statisztika 1. Egyenlet 2. Egyenlet 3. Egyenlet 4. Egyenlet 5. Egyenlet R SE V F tartomány V R tartomány L A tartomány ( ) ( ) S FR tartomány V D tartomány D D tartomány ( ) D U tartomány ( )

18 Modellek V 12 becslésére becsatlakozásnál Helyzet-mátrix: trix: Helyzet 4 sávos 6 sávos 8 sávos Elszigetelt 1. egyenlet 2. egyenlet 5. egyenlet Megelőző becsatlakozással 1. egyenlet 2. egyenlet 5. egyenlet Megelőző kiválással 1. egyenlet 3. vagy 2. egyenlet 5. egyenlet Követő becsatlakozással 1. egyenlet 2. egyenlet 5. egyenlet Követő kiválással 1. egyenlet 4 vagy 2. egyenlet 5. egyenlet

19 Modellek V 12 becslésére kiválásnál Egyenletek: V 12 = V R + ( V F -V R ) P FD 6. Egyenlet P FD = Egyenlet P FD = V F V R 8. Egyenlet P FD = V F V U /D U 9. Egyenlet P FD = V F V D /D D 10. Egyenlet P FD = 0.436

20 Modellek V 12 becslésére kiválásnál Alkalmazandó statisztika: Statisztika 6. Egyenlet 7. Egyenlet 8. Egyenlet 9. Egyenlet 10. Egyenlet R SE V F tartomány V R tartomány L D tartomány V U tartomány D U tartomány ( ) V D tartomány D D tartomány ( )

21 Modellek V 12 becslésére kiválásnál Helyzet-mátrix: trix: Helyzet 4 sávos 6 sávos 8 sávos Elszigetelt 6. egyenlet 7. egyenlet 10. egyenlet Megelőző becsatlakozással 6. egyenlet 7. vagy 8. egyenlet 10. egyenlet Megelőző kiválással 6. egyenlet 7. egyenlet 10. egyenlet Követő becsatlakozással 6. egyenlet 7. egyenlet 10. egyenlet Követő kiválással 6. egyenlet 9. vagy 7. egyenlet 10. egyenlet

22 Kapacitásértékek A becsatlakozási területek kapacitása két módon fejezhető ki. Az első a gyorsforgalmú úti keresztmetszetnek a becsatlakozási területen áthaladni képes legnagyobb forgalomnagyságát tekinti. Ez a teljesítőképesség 2200 E/h/sáv a négysávos és 2300 E/h/sáv a hatsávos gyorsforgalmú utaknál. A másik mód a hatásterületre belépni képes teljes forgalomnagyság. Ez a rámpa forgalmának, valamint az 1- es és 2-es sáv forgalomnagyságának összege (V R + V 12 ), amit V R12 -vel jelölünk. Ez a kapacitás 4400 E/h négysávos, 4600 E/h hatsávos vagy szélesebb gyorsforgalmú utak esetében.

23 Kapacitásértékek Az összefoglalt kapacitásértékek az alábbi táblázatban találhatóak, ideális körülmények között, E/h-ban kifejezve. Mindegyik értéket össze kell hasonlítani az ideális körülmények közötti E/h-ban kifejezett forgalmi igényekkel (lásd a korábbi egyenletet). Ha a két kapacitásérték közül az egyiket meghaladja várható igény, valószínű, hogy a szakasz torlódni fog, (azaz a szakaszon oszlopok képződnek). Ha ilyen torlódás jelentkezik, akkor a szolgáltatási szint F. Autópálya Becsatlakozásnál Kiválásnál szélessége (sáv) max V FO E/h max V R12 E/h max V FO +V R E/h max V 12 E/h >8 2300/sáv /sáv 4400

24 A szolgáltatási szint ismérvei A rámpa-gyorsforgalmú út csomópont 'A' - 'E' szolgáltatási szintjének ismérvei a hatáskörzetben lévő sűrűségen, valamint azon a feltételezésen alapulnak, hogy nem lesz torlódás. Az 'F' szolgáltatási szint azt fejezi ki, hogy a torlódás van vagy várható. Ha a forgalmi igények túllépik a korábbi táblázatban jelzett határokat, 'F' szolgáltatási szintről beszélünk. A szolgáltatási szint elsődleges jellemzője a sűrűség, amint az a következő táblázatban látható. A táblázat megadja a hatásterületen lévő átlagos sebességet is a szolgáltatási szint másodlagos jellemzőjeként.

25 A szolgáltatási szint kritériumai kiválásnál, becsatlakozásnál Szolgáltatási szint Max. járműsűrűség (elsődleges szempont) Min. sebesség (másodlagos szempont) E/km/sáv E/mérf/sáv km/h mérf/h A B C D E >22 > F a a A forgalom nagysága meghaladja a korábbi táblázatban megadott maximumot. a

26 A sűrűség becslése A következő táblázat ismerteti a becsatlakozási vagy kiválási hatásterületek járműsűrűségének becslésére szolgáló modelleket. A független változók a hatásterületre belépő forgalomnagyságokat, valamint a gyorsító- vagy lassító sávok hosszát tartalmazzák. A táblázat sűrűségmodellje csak akkor alkalmazható, ha nincs, vagy a forgalmi igények alapján nem várható torlódás. A V R, L A és L D értékek ismert bemenő adatok. A V 12 értékek, ahogy már azt korábban tárgyaltuk, a korábban bemutatott egyenletek segítségével becsülhetőek.

27 A fel- lehajtók hatáskörzetében a járműsűrűség előjelzése Tétel Egyenlet v érték Egysávos felhajtó, becsatlakozás Modell D R = V R V L A R Állandó hiba (E/h/s) 2.68 Adatsor (db) 167 Egysávos lehajtó, kiválás Modell D R = V L D R Állandó hiba (E/h/s) 1.75 Adatsor (db) 86

28 A sebesség becslése A modellek alkalmasak a rámpa hatásterületén belüli (térbeli átlag) sebességek becslésére. A következő táblázat ismerteti a járművek hatásterületen belüli átlagos sebességének becslésére szolgáló modelleket. Az egyenletek az állandó és a bizonytalan forgalomlebonyolódás mellett kialakuló legkisebb és legnagyobb sebességek elvén alapulnak.

29 A fel- lehajtók hatáskörzetében a járműsebesség előjelzése Tétel Egyenlet v érték Egysávos felhajtó, stabil állandó forgalom Modell S R = S FF - (S FF - 42) M S M S = e (V R12/1.000) (L A S FR /1.000) R Állandó hiba (m/h) 2.20 Adatsor (db) 132 Egysávos lehajtó, kiválás Modell S R = S FF - (S FF - 42) D S D S = V R S FR R Állandó hiba (m/h) 2.46 Adatsor (db) 73

30 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton 1. Leírás: Az alábbi ábrán látható a számítás során vizsgált szakasz. A nyolcsávos gyorsforgalmú út sík terepen fekszik, a forgalomnagyságok és az egyéb adatok az ábrán találhatóak. Mi lesz a szakasz forgalomlebonyolódásának várható szolgáltatási szintje?

31 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton 2. Megoldás: A feladat legfontosabb jellemzője, hogy a hatásterületek átfedik egymást. Ilyen esetekben a legrosszabb forgalomlebonyolódás lesz az egész szakaszra jellemző. A számítás első lépése ismét csak a forgalomnagyságok ideális körülmények melletti 15 perces csúcsidőszakhoz tartozó értékre [E/h] való átszámítása. A sávszélességek, az oldaltávolságok és a járművezetők összetétele szabványos, ezért f w és f p 1,00. Síkvidéken a tehergépjárművek egyenértékszorzója 1,5, így az f HV nehézgépjármű tényező: 1/[1 + 0,05 (1,5-1)] = 0,976; 5 %, 1/[1 + 0,10 (1,5-1)] = 0,952; 10 % tehergépjármű-arány esetében.

32 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton Ekkor: V V V F R1 R = = 6419 E/h 0,90 1,00 0,952 1, = = 455 E/h 0,90 1,00 0,976 1, = = 700 E/h 0,90 1,00 0,952 1,00 A gyorsforgalmú út második rámpa előtti forgalomnagysága: = 5900 j/h. A tehergépjárművek száma e forgalomban: 0, , = 570 j/h. Ez pedig: 570/ = 9,7 %. A kiegyenlítő tényező: 1/[1 + 0,097 (1,5-1)] = 0,954.

33 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton Az előzőek alapján: 5900 V F 1 = = 6872 E/h 0,90 1,00 0,954 1,00 A korábban bemutatott táblázatok 5. egyenlete használandó a becsatlakozási rámpa V 12 értékének meghatározására: V 12 = V F P FM P FM = 0,2718-0, , /30 = 0,254 V 12 = ,254 = 1630 E/h Ez az érték kisebb a vártnál. Ha 1630 E/h használja az 1-es és 2-es sávot, a 3-as és 4-es sáv forgalomnagysága = 4789 E/h lesz. Megjegyezük, hogy a gyorsítósáv hossza kívül esik az 5. egyenlet érvényességi tartományán. Mivel az 5. egyenlet erre az esetre vonatkozó általános egyenlet, ezt kell használni. Azonban ez némi magyarázatot ad arra, hogy a V 12 értéke miért ilyen alacsony.

34 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton A forgalmi igények összehasonlítandóak a korábbi táblázatban szereplő kapacitásértékekkel. A becsatlakozás utáni teljes forgalomnagyság = 6874 E/h. Ez kisebb a nyolcsávos gyorsforgalmú utakhoz tartozó 9200 E/h kapacitásnál. A hatásterületen áthaladó forgalomnagyság = 2085 E/h, ami kisebb a hatásterület 4600 E/h kapacitásánál. Így az első rámpánál a becslések szerint a forgalomlebonyolódás állandó lesz, sorképződés nem várható. A becsatlakozás hatásterületének sűrűsége a korábbi táblázat becsatlakozó rámpára vonatkozó egyenlete felhasználásával számítható. A távolságot mérföldben kell megadni: D R = 5, , , , = = 20 E/mérf/sáv

35 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton A korábbi táblázat alapján a szolgáltatási szint B. A hatásterületen belüli közelítő átlagos sebesség az egysávos, állandó forgalomlebonyolódású rámpára vonatkozó egyenlet segítségével becsülhető. Az eredmény 84 km/h. A számítási táblázat szerint a 10. egyenlet használandó a kiválási rámpa V 12 forgalomnagyságának számításához: V 12 = V R + (V F -V R ) P FD P FD = 0,436 V 12 = ( ) 0,436 = 3391 E/h A második rámpa forgalmi igényeit a táblázatban szereplő kapacitásértékekkel összehasonlítva nem találunk problémát. A kiválási szakaszra érkező forgalomnagyság 6872 E/h, ami kisebb a nyolcsávos gyorsforgalmú utakhoz tartozó 9200 E/h kapacitásnál. A V E/h értéke is a megfelelő 4400 E/h kapacitás alatt van.

36 Becsatlakozási és kiválási rámpapár nyolcsávos gyorsforgalmú úton A kiválási rámpákra vonatkozó táblázat egyenletét használva, a rámpa hatásterületének sűrűsége (a távolságot mérföldben kell megadni, majd km-re átváltani): D R = 4, , , = 31 E/mérf/sáv A szolgáltatási szint a megfelelő táblázat szerint D. A hatásterületen belüli átlagos sebesség a korábban bemutatott táblázat alapján közelítőleg számítható, értéke 80 km/h. Mint kezdetben állítottuk, a két rámpa hatásterülete fedi egymást. Az első rámpa elemzése alapján a forgalomlebonyolódás szolgáltatási szintje B, de a V 12 becslése során az alkalmazott egyenlet érvényességi tartományán kívül voltunk. A második rámpa elemzése D szolgáltatási szintű forgalomlebonyolódást határozott meg, ami várhatóan az egész szakaszra is jellemző lesz.

37 Vége az előadásnak