A Magyarországon használatos illetve itt kifejlesztett kapacitásszámítási eljárások

Átírás

1 28. Szintbeni csomópontok kapacitása A Magyarországon használatos illetve itt kifejlesztett kapacitásszámítási eljárások Szintbeli jelzőtáblával szabályozott csomópontok méretezési kérdései, bevezetés A csomópontok az úthálózatok kritikus pontjai. Kialakításuk meghatározó jelentőségű a forgalom lefolyása, minősége szempontjából. A csomópontokkal való mérnöki foglalkozás szinte egyidős a motorizációval, és ma is a forgalomtechnikai tevékenység egyik központi kérdése. A feladat méreteire jellemző, hogy hazánk alacsony-közepes sűrűségű úthálózatán az önkormányzati utak csomópontjaival együtt a csomópontok együttes száma százezer fölött van. Ebből mintegy negyvenezer az országos közúthálózaton található. Az országos közutak egymással alkotott csomópontjai száma mintegy ötezer. A csomópontok működésének alapproblémája a forgalomnagyságnak megfelelő teljesítőképesség, a forgalomfejlődéshez igazodó kapacitástartalék csomópontokon való biztosítása. A nem a forgalomnak megfelelő tervezés vezet végső soron a legsúlyosabbhoz, a személyi sérüléses, halálos balesetek kialakulásához. Többéves forgalombiztonsági értékelés alapján megállapítható, hogy rendszerint a balesetek több mint 30%-a a csomópontokban fordult elő. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a forgalomtechnikai terülten jelenleg talán nincs is aktuálisabb feladat, mint a csomópontokon történő forgalomlebonyolódás valamennyi feltételének optimális biztosítása. A következőkben ismertetésre kerülő módszerek: A HCM-85 módszere; Az Útépítés tanszéken kifejlesztett "magyar" módszer; A Németországban használatos módszer; Az angol "TRL" módszer; A szimulációs módszer A "HCM 1985" kapacitásszámítási kézikönyvben a jelzőtáblával szabályozott forgalmi csomópontok kapacitásának meghatározására közölt módszer összefoglalása [32] A módszer leírása A következőkben ismertetésre kerülő kapacitásszámítási eljárás külterületen fekvő, "Elsőbbségadás kötelező" vagy "STOP" jelzőtáblával szabályozott forgalmú, szűk, hagyományos, nem széthúzott elrendezésű csomópontokra vonatkozik. A módszer feltételezi, hogy az áthaladási elsőbbséggel rendelkező útvonal (továbbiakban : főút) forgalmát az alárendelt útról (továbbiakban: mellékút) érkező járművek nem befolyásolják. A főútról balra kanyarodó járművek a főút szemben haladó forgalmának, a mellékútról a csomópontba belépő járművek valamennyi főúti járműnek elsőbbséget kell, hogy adjanak. A járművek a határidőközöket a következő sorrendben vehetik igénybe: 1. Jobbra kanyarodás a mellékútról 2. Balra kanyarodás a főútról 3. Egyenesen továbbhaladás a mellékútról 4. Balra kanyarodás a mellékútról A kapacitásszámítás során az alábbi lépéseket kell elvégezni: 1. A vizsgált csomópont geometriai és forgalmi jellemzőinek meghatározása. 2. Minden egyes mellékirányú mozgás és a főútról balra kanyarodó mozgás esetén a konfliktusba kerülő forgalom előállítása. 3. A határidőköz nagyságának meghatározása a konfliktusba kerülő forgalomban, minden egyes alárendelt mozgás számára. 4. Az egyes határidőközökhöz tartozó kapacitás meghatározása. 5. A kapacitás módosítása az akadályoztatás, és a mellékirányból a különböző irányú mozgások egy azonos felálló sávról történő indulásának figyelembevétele esetén.

2 A számításhoz szükséges adatok 1. A sávok száma és használata 2. A forgalmi sávok vezetése 3. Az esésviszonyok 4. Az ívek sugarai és a becsatlakozás (keresztezés) szöge 5. A látótávolság A felsoroltak a határidőköz nagyságát befolyásolják. A 3., 4. és 5. alatt említettek tényleges helyszíni értékei közelítően becsülendők. A sávok száma és használata igen fontos. Párhuzamos mozgások esetén ugyanazt a határidőközt egyidejűleg több mozgás számára lehet használni. A sávok szoros vezetésével a metszési pontok széthúzhatók. A számítás alapja az egy óra alatt lebonyolódó forgalom. A jármű/h forgalom átszámítása E/h-ra az 28.1.táblázat szerinti. A geometriai kialakítás és a forgalomnagyság a főúton haladó járművek átlagsebességének felvételében is kifejezésre juttatható A konfliktusba kerülő forgalom definíciója A ci (jármű/óra) a konfliktusba lépő forgalom definíciója az táblázatban látható. A módszer nem tesz különbséget a keresztezés és becsatlakozás között. A határidőköz T c (s) az az átlagos időköz a főirányban, melyet a vezetők felhasználnak szándékolt mozgásuk végrehajtására. Nagyságuk függ: 1. A mozgás típusától 2. A jelzőtábla fajtájától 3. A főúton az átlagos sebességtől 4. A főúton a forgalmi sávok számától 5. A keresztezés geometriájától és a környezet adottságaitól Személygépkocsi egyenérték jelzőtáblával szabályozott forgalmú csomópont esetén Járműfajta Esésviszonyok -4% -2% 0% 2% 4% Motorkerékpár 0,3 0,4 0,5 0, 0,7 Személygépkocsi 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 Szóló tehergépkocsi és vontatott 1,0 1,2 1,5 2,0 3,0 lakókocsi Pótkocsis tehergépkocsi, nyerges 1,2 1,5 2,0 3,0,0 vontató alamennyi jármű együtt;* 0,9 1,0 1,1 1,4 1,7 * Ha a járműösszetétel ismeretlen, úgy közelítésképpen ezek az értékek alkalmazhatók A határidőköz értéke 28.1 táblázat "STOP" tábla esetén minden jármű álló helyzetből indul. Ezért ebben az esetben nagyobb a határidőköz, mint "Elsőbbségadás kötelező" tábla esetén. Ha a főúton nagy a sebesség, nagyobb a határidőköz, mint kisebb sebesség esetén. Ha a főút négysávos, nagyobb a határidőköz, mint kétsávos főút esetén. A forgalmi mozgások szoros vezetése csökkenti a határidőközt. Az alapul szolgáló környezeti adottságok a következők: jó időjárás, nappali megvilágítás, nincs baleset, megfelelő a burkolat. Ha a viszonyok ettől eltérőek, nő a határidőköz.

3 Az alkalmazásra javasolt határidőköz az 28.3.a. táblázatban látható. A nagyobb népesség esetén a módosító tényezőt az indokolja, hogy a nagyobb forgalomhoz szokott vezetők kisebb határidőközt is figyelembe vesznek (28.3.b. táblázat). A ( ci ) konfliktusba kerülő forgalom definíciója (Jármű/óra) Az alárendelt mozgás típusa 1.Jobbra kanyarodás a mellékútról 2.Balra kanyarodás a főútról ci xx 1 2 xxx r r t x t Forgalomlefolyás 3. Egyenes áthaladás a mellékútról 1 2 xx ra ta tb la rb lb 4.Balra kanyarodás a mellékútról xx 1 2 ra o or ta la xxx rb tb lb Megjegyzés: * A t csak a jobb oldali egyenes sáv forgalma; ** Ahol a főúton külön sávot alakítottak ki a jobbra lekanyarodók számára, ott a r illetve ra nem veendő figyelembe; *** Ha a főútról jobbra kanyarodók kanyarodási sugara nagy, és/vagy ezt a mozgást is jelzőtábla szabályozza, akkor r és ra és/vagy rb nem veendő figyelembe. rb -t nem kell figyelembe venni, ha külön sávja van táblázat alamennyi mozgásra vonatkozó potenciális (elméleti) kapacitás C p (E/h) a konfliktusba kerülő c forgalom (Jármű/h) és a T c (s) határidőköz függvényében az 28.1.ábráról olvasható le. Potenciális kapacitás az alárendelt forgalmi mozgás lehetséges legnagyobb értéke. Ez elérhető, ha - a főút forgalma nem blokkolja a mellékutat, - minden mellékirányú mozgás külön sávon bonyolódik le, - más mozgás nem akadályozza a vizsgált mozgást. Az akadályozást előidéző minden egyes mozgás P akadályozási tényezőjével kell szorozni a C p értéket. Az így korrigált érték a C m mozgási kapacitás. A leírtak csak akkor érvényesek, ha a vizsgált mozgásra külön sáv áll rendelkezésre. Az akadályozás figyelembevétele az ábrán látható módon történik.

4 A potenciális kapacitás 28.1.ábra Megjegyzések az akadályozásra vonatkozóan: - Az alsóbbrendű útról jobbra fordulók általában nem akadályoznak más mozgásokat, kivéve, ha vannak a keresztező alsóbbrendű útról balra fordulók, melyek ugyanabba a főirányú forgalmi áramlatba csatlakoznak be, mint az alsóbbrendű útról jobbra fordulók. - A főútról balra fordulók akadályozzák a mellékút mindkét egyenes és balra forduló mozgását. - A mellékút egyenes iránya akadályozza a mellékút szembe irányából balra kanyarodó mozgásokat. - Az akadályozásokat a C p potenciális kapacitás csökkentésével javasolja az előírás figyelembe venni. Az akadályozási tényezők használata 28.2.ábra

5 Osztott sávok kapacitása Az eddigiek érvényességének feltétele az, hogy minden alárendelt mozgásra külön sáv álljon rendelkezésre. A gyakorlatban azonban sokszor előfordul, hogy egy mellékirányú sávról több irányban is továbbhaladnak a járművek. Alaphatáridőköz értéke másodpercben, személygépkocsi esetén A járműmozgás és a forgalomszabályozás módja A mellékútról jobbra kanyarodás STOP Elsőbbségadás kötelező A főúton az átlagos sebesség 48,3 km/h 88,5 km/h (48 km/h) (88 km/h) A főút sávszáma A főút sávszáma ,5 5,0 5,5 5,0 5,5 5,5 Főútról balra kanyarodás 5,0 5,0 5,5,0 Főút keresztezése STOP Elsőbbségadás kötelező Mellékútról balra kanyarodás STOP Elsőbbségadás kötelező,0 5,5, a. táblázat,0 7,0 A határidőköz módosítása (s) (A módosító értékek összegzendők) 7,5 8,0 7,0 8,0 7,0 8,5 7,5 Megjegyzések: Feltétel Módosítás Mellékútról jobbra kanyarodás - sugár > 15,2 m (50 láb) -0,5 - vagy a szög <0 o Mellékútról jobbra kanyarodás -gyorsító sáv van -1,0 Minden mozgásra: Népesség > ,5 Csökkentett látótávolság (i) 1,0-tól A határidőköz legfeljebb 1,0 s-mal csökkenhet. A határidőköz legnagyobb értéke 8,5 s. A 48,3 és 88,5 km/h (48 és 80 km/h) érték közé a főút átlagsebessége függvényében interpolálni kell. (i) Csak ott, ahol a látótávolság hiánya befolyásolja a mozgást b. táblázat Ezek a sávok az osztott forgalmú sávok, melyek C sh kapacitása az alábbiak szerint számítható: C sh = ( l t r ) / (( l /C ml ) ( t / C mt ) ( r / C mr )) Ahol: C sh az osztott forgalmú sáv kapacitása E/h-ban; l a balra kanyarodó forgalom az osztott forgalmú sávról E/h-ban; t az egyenesen továbbhaladó forgalom az osztott forgalmú sávról E/h-ban; r a jobbra kanyarodó forgalom az osztott forgalmú sávról E/h-ban; C ml a balra kanyarodás mozgási kapacitása az osztott forgalmú sávon E/h-ban; C mt az egyenes továbbhaladás mozgási kapacitása az osztott sávon E/h-ban; C mr a jobbra kanyarodás mozgási kapacitása az osztott forgalmi sávon E/h-ban.

6 Amennyiben az osztott forgalmú sávon csak kétirányú mozgás van, úgy az előbbi összefüggésben a harmadik mozgási irányra vonatkozó adatokat törölni kell. A P akadályozási tényző értéke az 28.3.ábrán látható. A P érték a potenciális kapacitás kihasználásának %-ában van megadva. A kapacitáskihasználás ( i /C p )*100 módon számítható, ahol C p a potenciális kapacitás, i a lebonyolódni kívánó forgalom. Például: C p = 500 E/h, i = 200 E/h. A kapacitáskihasználás (200/500)100=40%. Az ábráról P=0,8 és a mozgási kapacitás ennek alapján: C m =500 0,8=340 E/h. Az akadályozó tényezők számítása A szolgáltatási szint kritériuma 28.3.ábra A szolgáltatási szintre vonatkozó általános feltételt az táblázat tartalmazza. A szolgáltatási szint attól függ, hogy az egyes alárendelt mozgások esetén mekkora a C R kapacitástartalék: C R = C sh ; Ahol: C R a kapacitástartalék (vagy ki nem használt kapacitás) E/h-ban; C sh az osztott forgalmú sáv mozgási kapacitása E/h-ban; a sávot használó összforgalom E/h-ban. A balra kanyarodó sávon általában hosszabb a várakozás mint a másik két irányú sávon. Ha osztott forgalmú sávon balra kanyarodó forgalom is van, úgy az átlagos késleltetés ezen a sávon rövidebb lesz, mint a külön balra kanyarodó sávon, ugyanakkor, ha külön sáv van a balra kanyarodó járművek számára, a másik két mozgás osztott sávján kisebb az átlagos késleltetés, mintha nem lenne külön balra kanyarodó sáv. Ennek megfelelően alakul a szolgáltatási szint is. A szolgáltatási szintre vonatkozó feltétel Kapacitástartalék Szolgáltatási szint árható késleltetés az alárendelt irányban > * A B C D E E kicsi vagy nincs rövid átlagos hosszú igen hosszú *

7 * Ha a forgalmi igény felülmúlja a kapacitást, rendkívül hosszú lesz a várakozási idő és igen hosszú sor keletkezik, ami más irányú forgalmi mozgásokat akadályozhat táblázat Legyen például 10 s az átlagos késleltetés 10 db jármű esetén, ha külön sáv van és 15 s legyen a késleltetés, ha ezen járművek közös sávon vannak az egyenesen továbbhaladókkal. Legyen továbbá 50 db egyenesen haladó jármű átlagos késleltetése 5 s, ha külön sávjuk van és s, ha közös a sáv az előbbi balra fordulókkal. Közös sávhasználat esetén az átlagos időveszteség: (10 x x ) : (10 50) = 7,5 s. A késleltetés összehasonlítása az táblázatban látható. A késleltetés összehasonlítása Mozgás Balra kanyarodás Továbbha- Ladás egyenesen Forgalom (jármű) Késleltetés járművenként (s/jármű) Külön sávon Összes késleltetés (s) Késleltetés járművenként (s/jármű) Közös sávon , Összes késleltetés (s) táblázat A külterületi jelzőlámpás forgalomirányítás nélküli csomópontok magyar méretezései előírása [MSZ ] Az előírás elve, hogy először megadja az egyes csomóponti mozgástípusokhoz szükséges műveleti időközök nagyságát a HCM rendszerében, ezek az 28.. táblázatban láthatók. Az egyes csomóponti mozgástípusokhoz szükséges műveleti időközök nagysága a HCM szerint Sebesség-sávszám Szabályozás módja vmax=50-0 km/h vmax =90 km/h A fölérendelt úton a forgalmi sávok száma Jobbra becsatlakozás -Elsőbbségadás kötelező -Stop szabályozás Balra kanyarodás 5 5,5 5,5 Keresztezés -Elsőbbségadás kötelező -Stop szabályozás mellett 7 7, Balra becsatlakozás -Elsőbbségadás kötelező -Stop szabályozás mellett () 7() 8(7) 9(8) 7, (Megjegyzés: a zárójeles értékek a főirányban létesített felálló-befogadó sáv esetén alkalmazhatók) 28.. táblázat ábra a fölérendelt forgalom (J/h) és a szükséges határidőköz (s) függvényében a becsatlakozni, keresztezni képes forgalom nagyságát mutatja (dimenziója J/h)

8 Az alárendelt mozgások lehetséges nagysága ábra Az Útépítési Tanszéken 1985-ben kifejlesztett kapacitásszámítási módszer [33]* (továbbiakban magyar módszer A módszer alkalmazásának feltételei: - Az alárendelt irányból átbocsátható járművek számának meghatározásánál a feltétel az, hogy az áthaladási elsőbbséggel rendelkező útvonalon (a főúton) közlekedő járművek forgalmát az alárendelt útról (a mellékútról) érkező járművek ne befolyásolják. - A mellékútról belépő járművek a csomópont összes járművének elsőbbséget kell, hogy adjanak. - Jelzőtáblával nem szabályozott mozgások elsőbbségi viszonyai a jobbkézszabály alapján rendeződnek. A forgalom figyelembevétele: A számítások alapja mindig az egy óra alatt átbocsátható forgalom. Az egyes alárendelt mozgások vizsgálatánál az elsőbbséggel rendelkező forgalom (mind a főirányban, mind a mellékirányban) mindig Jármű/órában, az alárendelt, átbocsátható forgalom (mind a főirányban, mind a mellékirányban) mindig Egységjármű/órában veendő figyelembe. A különböző fajta járművek átszámítása egységjárműre az 28.7.táblázat szerinti. Ha a csomópont lejtőben fekszik, úgy az Egységjárműre átszámításnál a vízszintesben érvényes egyenértékeket a lejtviszonyokat figyelembe vevő korrekciós tényezőkkel szorozni kell. A korrekciós tényezők értékeit az táblázat tartalmazza. Személygépkocsi egységjármű szorzó, vízszintesben fekvő, jelzőtáblával szabályozott forgalmú csomópontok alárendelt irányai esetén Járműfajta Egységjármű szorzó Személygépkocsi 1,0 Kis-és közepes tehergépkocsi 1,4 Nehéz tehergépkocsi 1,8 alamennyi jármű együtt 1,1 *megjegyzés: A módszert Bényei András fejlesztette ki 198-ban 28.7.táblázat

9 Járműfajta Személygépkocsi Kis-és közepes teherg. Nehéz tehergépkocsi Személygépkocsi egyenértékszorzó változó esésviszonyoknál Lejtviszonyok -4% -2% 2% 4% 0,80 0,90 1,20 1,40 0,4 0,79 1,3 2,00 0,1 0,78 1,50 3,00 alamennyi jármű együtt 0,82 0,91 1,27 1,55 (Az interpolálás az értékek között megengedett) 28.8.táblázat Az elsőbbségadásra kötelezett irányból átbocsátható forgalom alapértéke és ennek javítása Az elsőbbséggel rendelkező (Jármű/óra) forgalom függvényében az elsőbbségadásra kötelezett irányból átbocsátható forgalom c a (Egységjármű/óra) alapértéke az ábrán látható. A módosító (korrekciós) tényezőket az 28.9.táblázat tünteti fel. Amennyiben a tényleges helyzetnek megfelelően egyszerre több korrekciós tényezőt kell alkalmazni, akkor ezeket össze kell szorozni. Ha az alárendelt irányban valamely felállósávról nemcsak egy, hanem két vagy három irányban is tovább lehet menni, úgy erre az összevont mozgásfajtára az összevonás nélkül érvényes korrekciós tényezők közül a legkedvezőtlenebbet kell alkalmazni. A módosító tényezőkkel történő javítás eredménye a c m módosított. Az alárendelt irányból átbocsátható forgalom A mellékirányban várakozó járművek közelítő száma 28.5.ábra A m (Jármű/óra) a mellékirányból átbocsátott járművek száma és a t k (s) átlagos áthaladási időköz közötti összefüggés t k = 300 / m.

10 Az átlagos időveszteség, amely a mellékirányú forgalom áthaladásakor éri az alárendelt járműveket, a főirány forgalma függvényében, tényleges mérések alapján az 28.. és ábra szerint függ a fő- és mellékirány forgalma nagyságától. A 28.. ábra a főirány f (Jármű/óra) forgalma függvényében adja meg a mellékirány járműveit ért átlagos időveszteséget, 2 sávos főút teljes keresztmetszete esetén. (Tehát f a főút keresztmetszeti forgalma). A 28.7.ábra szintén a mellékirányú járművek átlagos időveszteségét adja, csak 4 sávos főút keresztmetszeti forgalma és a keresztező mellékirányú forgalom függvényében. Az alapértéket módosító tényezők a tényleges viszonyok figyelembevételével Sebesség a főúton (km/h): A főút sávszáma: A forgalomirányítás módja "Elsőbbségadás kötelező" "STOP" 2 sáv 2x2 sáv * A mozgás fajtája A főútról balra kanyarodás A mellékútról jobbra kanyarodás Gyorsítósáv van Gyorsítósáv nincs R>15m, v. >0 o A látótávolság Megfelelő Csökkentett R<15 m, v. <0 o Keresztezés Balra kanyarodás Becsatlakozó sáv van Becsatlakozó sáv nincs Akadályozás Az elsőbbséggel rendelkező 1 forgalmi áramlatok n száma** Korrekciós tényező 1,08 0,92 0,8 0,85 0,85 1,15 1,40 1,30 1,15 0,50 0,90 0,75 0,90 0,81 0,73 0, 0,59 * Csak a fél keresztmetszetre (két egyirányú sávra) érvényes ** Az akadályozó áramlatok száma meghatározásánál valamennyi, az alárendelt vizsgált mozgással metszett, önálló pályán történő mozgást külön mozgásnak kell tekinteni, függetlenül az osztályozó típusától (pl.vegyes sávról induló és az alárendelt mozgással keresztezett egyenes és jobbra kanyarodás 2 mozgásnak számít) 28.9.táblázat

11 Az átlagosan várakozó járműszám: N = t v / t k (db) Ahol: N a mellékirányban átlagosan várakozó járműszám; t v az átlagos időveszteség. Az átlagosan várakozó járművek helyett a mértékadó járműszám is meghatározható, ha olyan mértékadó időveszteséget t vm (s) tételezünk fel, amelyre igaz, hogy az esetek 85%-ában fordul elő t vm vagy rövidebb időveszteség. Az időveszteségek normális eloszlását feltételezve t vm számítása: t vm = t v 1,04 (t v ) Ahol: (t v ) az időveszteségek szórása; 1,04 a normális eloszlásnál a 85%-os gyakorisági értékekhez tartozó szórási szorzó. A mellékirány járműveinek idővesztesége két sávos főút esetében 28..ábra A mellékirány járműveinek idővesztesége négysávos főút esetében 28.7.ábra

12 A mértékadó várakozó járműszám (N m ): N m = t vm / t k = (t v / t k ) (1,04 (t v ) / t k ). A (t v ) szórást kifejezve a t v átlagos időveszteséggel: (t v ) = at v Behelyettesítve: t vm = t v 1,04 at v = t v (11,04a) = t v b N m =t v b / t k = Nb (db) A b tényező javasolt értékei 2 sávos főút teljes keresztmetszetére az táblázatban, 2x2 sávos főút fél keresztmetszetére vonatkozólag az táblázatban találhatók. A "b" tényező javasolt értékei 2 sávos főút teljes keresztmetszetére vonatkozólag Főirány forgalma [J/h] Mellék irányú forg [J/h] táblázat A "b" tényező javasolt értékei 2x2 sávos főút fél keresztmetszetére vonatkozólag Főirány forgalma [J/h] Mellék irányú forg [J/h] A szolgáltatási szint: táblázat Ezt az átlagos időveszteség függvényében az elsőbbségadásra kényszerült forgalmi áramlatonként kell megadni (az időveszteségek az és ábra alapján határozhatók meg). Az adott szolgáltatási szinthez tartozó átlagos időveszteség-értékek az táblázatban találhatók. A szolgáltatási szint az alárendelt irány járműveit ért átlagos időveszteség függvényében Járművenkénti átlagos t v időveszteség t v < <t v < < t v < < t v <70 70 < t v < < t v Szolgáltatási szint A B C D E F táblázat