Parametrii_traficului_rutier

SISTEME AVANSATE DE TRANSPORT RUTIER

3. PARAMETRII DE BAZĂ AI TRAFICULUI RUTIER Autor: Daniela FLOREA

3.1. INTRODUCERE

Cercetarea circulaţiei rutiere a demonstrat c ă se impune o analiz ă minuţioasă pentru identificarea parametrilor de mi şcare a vehiculelor, parametrii ce depind de o serie de aspecte cum ar fi: direc ţia de deplasare, alternan ţa cererii de transport pe durata unei zile, localizarea arterei în teritoriu, tipul drumului şi zonei analizate. Parametrii fundamentali folosi ţi în managementul fluxurilor de trafic sunt dependen ţi de conduc ătorul auto, vehicul şi caracteristicile geometrice ale drumului. Cei mai cunoscu ţi parametri sunt: 1. t ăria traficului rutier , q exprimată în vehicule etalon/or ă/bandă de circulaţie; 2. densitatea traficului rutier , K exprimată în vehicule etalon/km/band ă de circulaţie; 3. viteza, v , exprimată în km/h; 4. intervalele dintre autovehicule măsurate în timp sau în spa ţiu. În legătur ă cu parametrul t ăria traficului trebuie cercetat ă noţiunea de cerere de trafic, care reprezintă volumul de trafic ce se produce într-o anumit ă amenajare rutier ă, în anumite condi ţii de deplasare. Atunci când nu exist ă restricţii, cererea este egal ă cu capacitatea de circula ţie. În cazul în care cererea dep ăşeşte capacitatea de circula ţie, rezultatul se concretizeaz ă în apariţia cozilor şi a blocajelor de circula ţie, iar tăria traficului măsurată va fi mai mică decât cererea. În aplicaţiile din sistemele avansate de transport rutier trebuie f ăcută astfel, o distincţie clar ă între aceste dou ă noţiuni. În scopul luării unor decizii optime, sistemele de avertizare şi de control al traficului necesit ă ca cererea să poat ă fi anticipată pe anumite por ţiuni de drum şi la un anumit moment, nu doar volumele de trafic să fie cunoscute. De exemplu, în cazul în care automobili ştii sunt sf ătuiţi să folosească o rută alternativă, trebuie să ştie că pe acea rut ă cererea nu depăşeşte capacitatea de circula ţie. Din nefericire, însă, valorile cererii sunt foarte greu de ob ţinut prin măsur ători directe. Metodele cele mai folosite sunt cele bazate pe cercetarea datelor a şa numite „istorice”, date deja înregistrate. Volumele de trafic şi intervalele de timp dintre vehicule pot fi m ăsurate manual folosind operatori umani sau folosind o diversitate de echipamente dintre care tuburile pneumatice şi buclele inductive sunt cele mai cunoscute. Buclele inductive detecteaz ă prezenţa vehiculelor prin schimbarea propriet ăţilor electrice ale buclei atunci când o mas ă metalică (de exemplu un vehicul) trece peste ele. Buclele inductive raporteaz ă, de obicei, datele la fiecare 20 de secunde astfel încât pot fi folosite pentru a număra vehiculele care au trecut în ultimele 20 de secunde. De asemenea, ele memoreaz ă şi ponderea timpului cât bucla a fost ocupat ă de vehicule (sau cât vehiculele au fost detectate). Astfel, dac ă vehiculele au fost detectate deasupra buclei 10 secunde în ultimul ciclu de 20 de secunde acesta va raporta ca 50% ocupare (10/20)x 100 = 50%.

72

P ARTEA I - Managementul fluxurilor rutiere

Întrucât densitatea nu este m ăsurată în mod direct, sisteme video de colectare a datelor perfecţionate pot prezenta noi oportunit ăţi de înregistrare a numărului de vehicule într-o secţiune a drumului. Inginerul sau specialistul de trafic trebuie s ă-şi dezvolte capacitatea de în ţelegere a modului de operare în interiorul fluxurilor de trafic. În acela şi timp, pe baza ecuaţiilor fundamentale ale fluxurilor de trafic, trebuie realizate anumite diagrame ce pot fi utile pentru vizualizarea dinamicii traficului rutier. În general, fluxurile de trafic nu sunt uniforme, ele fiind variabile în timp şi în spaţiu. Din acest motiv măsurarea variabilelor de interes pentru teoria fluxurilor de trafic constă în eşantionarea variabilelor aleatoare. De fapt, caracteristicile traficului sunt valori medii ale distribu ţiilor statistice şi nicidecum numere absolute. Analizele de trafic pot fi realizate fie la nivel microscopic, caz în care vehiculele sunt considerate entit ăţi individuale şi variabilele corespunz ătoare sunt intervalele în timp dintre vehicule, vitezele vehiculelor individuale şi distanţele dintre vehicule. În cazul analizei la nivel macroscopic este studiat comportamentul mediei grupului de vehicule şi parametrii cercetaţi sunt reprezentaţi de tăria (intensitatea) şi densitatea traficului. Parametrii enumeraţi sunt folosiţi pentru a caracteriza deplasarea vehiculelor care formează un fluxurile rutiere continui de pe autostrad ă sau arterele coordonate din zonele urbane şi care nu sunt afectate de dispozitivele de control al traficului – semne sau semnale de circula ţie. În cazul în care există astfel de dispozitive trebuie cerceta ţi alţi parametri ai traficului, cum ar fi întârzierile, opririle şi mişcările de virare. O parte dintre aceste mărimi pot fi măsurate direct, în timp real, iar o altă parte trebuie determina ţi matematic sau estima ţi folosind parametrii măsurabili sau din analiza datelor deja înregistrate. Parametrii traficului rutier pot fi incluşi în următoarele grupe de indicatori, astfel: • Indicatori de evaluare cantitativ ă care arată cât de mult sau care este ponderea traficului care se deplaseaz ă sau aşteaptă să se deplaseze. Această categorie de m ărimi include: volumele de trafic, cererea de trafic, intervalele de timp dintre vehicule. • Indicatori de evaluare calitativ ă, arată calitatea fluenţei traficului. Pentru descrierea calitativă a condiţiilor de operare este folosit termenul nivelul de serviciu, caracterizat de factori ca viteza şi durata călătoriei, libertatea de mişcare (manevre), întreruperile de trafic, confortul, comoditatea şi siguranţa traficului. Au fost elaborate proceduri de analiz ă conform Highway Capacity Manual pentru fiecare tip de amenajare având definite şase niveluri de serviciu notate de la A la F, A fiind cel mai bun iar F cel mai nefavorabil nivel de serviciu. • Indicatorii relativi la mi şcare arată de unde şi încotro se deplasează fluxul de trafic. • Indicatori de compozi ţ ie/clasificare care arată ce fel de trafic se deplasează. 3.2.FORMAREA FLUXURILOR RUTIERE SAU CUREN Ţ ILOR DE CIRCULAŢ IE

Când un observator înregistreaz ă în intervalul [0,t] un număr N(t) de autovehicule care traversează o por ţiune oarecare de drum, se poate vorbi despre un flux rutier sau un curent de circulaţ ie. 73


Când secţiunea drumului se refer ă la un drum cu mai multe benzi de circula ţie pe sens, observarea se refer ă la o singur ă bandă de circulaţie, putând fi observat un singur vehicul la un moment dat. În cazul în care se înregistrează un flux important, reprezentarea poate fi realizată, ca în figura 3.1, atât printr-o curbă discretă (sub forma unor trepte de înălţime egală cu unitatea şi lăţime egală cu intervalul de timp dintre vehiculele care se urmăresc) cât şi continuu prin „netezirea” acestei curbe în trepte cu ajutorul unei curbe continui.

Figura 3.1: Formarea unui flux rutier

Figura 3.2 : Determinarea întârzierilor vehiculelor şi a numărului de vehicule din şir

Semnificaţia notaţiilor folosite în figura 3.1, este: M(t) – numărul de vehicule exprimat ca func ţie discretă; ~ d M (t ) ~ ~ ); M (t ) - numărul de vehicule, ca o func ţie continuă (există derivata N (t ) , dt ~ d M (t ) - intensitatea traficului rutier; q (t ) = dt

74


Dacă se înregistrează curba sosirilor şi curba plecărilor într-o anumită locaţie pot fi determinaţi parametrii unui şir, aşa cum este explicat în detaliu în capitolul privind teoria şirurilor de aşteptare, figura 3.2 . În cele ce urmează se neglijează existenţa şi influenţa nodurilor de circulaţie (intersecţii, pieţe, puncte de intrare pe autostr ăzi etc) şi ca urmare, se va studia desf ăşurarea traficului rutier (a circulaţiei autovehiculelor) pe o anumit ă por ţiune de drum, X şi într-un anumit interval de timp, T . 3.2.1. Tăria traficului rutier Tăria traficului sau volumul de trafic este o măsur ă cantitativă temporală, folosită pentru exprimarea unor indicatori foarte importan ţi în ingineria de trafic: Media zilnic ă de trafic exprimată în vehicule per zi şi volumul orar sau intensitatea orar ă de trafic măsurat în vehicule per or ă. Alte unităţi de măsur ă importante se refer ă la tăria traficului corespunzătoare unor intervale de timp mai mici decât ora, de

exemplu 15 minute, pentru a determina un volum orar echivalent, important în zonele în care sunt înregistrate perioade de vârf scurte. Volumele de trafic sunt exprimate în termeni ai tăria traficului, (q) sau intensităţii traficului, λ şi reprezintă numărul de vehicule care trec printr-o sec ţiune a drumului într-un interval de timp. Unităţile de măsur ă folosite în analize sunt vehicule/interval de timp. Când intervalul de timp este de o secund ă, se numeşte intensitatea traficului, iar când este de o or ă se numeşte tărie orar ă sau volum orar .

Figura 3.3. Observaţ ii locale efectuate asupra fluxurilor de t rafic.

Pentru a caracteriza valorile de trafic pe termen lung, se poate folosi volumul anual sau volumul zilnic. Tăria orar ă a traficului, q poate fi calculată ca inversul intervalului mediu de timp, t dintre vehiculele unui flux rutier, m ăsurat în secunde per vehicul: q=

3600 ⎡vehicule etalon ⎤. ora ⎢ ⎥⎦ ⎣ t

75

(3.1)


Pentru o bună înţelegere a acestui parametru este util ă urmărirea traiectoriilor (liniile de mişcare) elementelor singulare (autovehicule) ale fluxului rutier care pot s ă se intersecteze, doar atunci când sunt posibile dep ăşirile. Tăria traficului rutier poate fi determinată prin observaţ ii locale (figura 3.3) atunci când măsur ătorile sunt efectuate se refer ă la o secţiune transversală precisă şi un anumit interval de timp definit. Acest tip de m ăsur ătoare se poate realiza asupra şi altor parametri de circulaţie. Relaţia generală pentru stabilirea tăriei traficului rutier, q ia în considerare valorile intervalelor de timp dintre autovehicule, t i iar, în cazul când nu se pot face astfel de măsur ători, se poate calcula un interval de timp mediu, t cunoscând intervalul total de măsurare, T şi numărul de vehicule înregistrate în acest interval, astfel: q=

M M 1 1 = = = . 1 T ∑ t i t t i ∑ i M i

(3.2)

În ingineria de trafic, t ăria sau intensitatea traficului m ăsurată sau estimată poate fi folosită în aplicaţii de tipul următor: • Dezvoltarea modelelor de prognoz ă a traficului rutier; • Analiza datelor privind accidentele de circulaţie; • Determinarea locaţiilor pentru semnalizarea rutier ă; • Dezvoltarea cerinţelor de proiectare pentru artere rutiere noi sau pentru modernizarea celor existente; • Investigarea posibilit ăţilor de perfecţionare operaţională folosind analiza capacităţii de circulaţie; • Estimarea veniturilor provenind din taxe, etc. 3.2.2. Densitatea traficului rutier Densitatea traficului, (K) exprimată în vehicule/interval de spa ţiu.

Figura 3.4. Observaţ ii momentane efectuate asupra fluxurilor de trafic.

Mărimea este cunoscut ă şi sub denumirea de concentraţia traficului rutier, atunci când intervalul de spa ţiu este unitatea şi reprezintă numărul de vehicule localizate pe o band ă de circulaţie pe lungimea specificat ă la un moment dat. 76


Măsur ătorile care permit determinarea densit ăţii traficului rutier se mai numesc observaţ ii momentane (figura 3.4) şi sunt efectuate la un moment precis determinat asupra unui segment de drum. Dacă măsur ătoarea se efectueaz ă prin simpla fotografiere a fluxului rutier, se poate afla, în mod direct, densitatea traficului, K prin simpla numărare a vehiculelor aflate pe por ţiunea de drum analizat ă. Pentru determinarea densit ăţii, în mod indirect, există două posibilităţi: • cunoscând intervalele spa ţiale dintre vehicule, si sau intervalul mediu s : K =

N N 1 1 = = = X ∑ s i 1 s ⋅ s ∑ i i N i

(3.3)

• cunoscând t ăria traficului şi viteza cu care se deplasează fluxul de vehicule.

O mărime asociată, frecvent, cu densitatea traficului rutier este gradul de ocupare a benzii de circulaţie, mărime adimensional ă care arată ponderea (rata) timpului cât vehiculul este prezent într-un punct specificat de pe o band ă de circulaţie. Această mărime nu trebuie confundat ă cu gradul de ocupare al unui vehicul care se refer ă la numărul de persoane care se afl ă într-un autovehicul. Ocuparea benzii de circula ţie este măsurată adesea folosind anumite variante de detectori de prezen ţă cum ar fi buclele inductive de detectare încorporate în îmbr ăcămintea rutier ă în accesele intersecţiilor semaforizate sau la aproximativ fiecare 500 m de-a lungul fiec ărei benzi de pe autostrad ă. 3.2.3. Observaţii asupra vitezelor de circulaţie

Calităţii fluxurilor de trafic poate fi apreciat ă în funcţie de distanţa parcursă de acestea într-un anumit interval de timp. Mi şcarea vehiculelor din flux este descris ă astfel cu ajutorul vitezei.

Figura 3.5 . Observaţ ii locale şi momentane efectuate asupra vitezelor vehiculelor

77


Viteza (v ) reprezintă distanţa parcursă de un vehicul în unitatea de timp care este în general m/sec sau km/h. Când se consider ă un curent de trafic viteza medie poate fi descrisă fie de viteza medie în timp sau viteza medie în spaţiu. Distincţia între diferitele tipuri de viteze se poate face pe baza metodelor de măsurare folosite. Viteza instantanee a unui vehicul singular poate fi m ăsurată prin observarea atât în spaţiu cât şi în timp a mişcării (figura 3.5) şi este definită astfel: v i =

dx

= lim

x 2 − x 1

t 2 −t 1 →0

dt

t 2 −t 1

.

(3.4)

Dacă se urmăreşte determinarea vitezei unui flux rutier (compus din mai multe vehicule având viteze diferite, dar apropiate) exist ă mai multe posibilităţi de a calcula viteza medie a grupului de vehicule. O primă valoare medie se calculeaz ă pe baza observa ţiilor asupra vitezei ob ţinute de un observator sta ţionar (observaţ ie local ă, linia orizontală din fig. 3.5 ) este numită viteză medie locală, v t : 1 N l v l = v i . N i =1

∑

(3.5)

Cea de-a doua valoare medie rezult ă din vitezele vehiculelor observate pe o por ţiune de drum de lungime X la un moment dat . În figura 3.5 reprezintă tangenta unghiului format de traiectoria fiec ărui vehicul cu linia verticală la momentul t . O astfel de observa ţie se poate obţine cu ajutorul unor fotografii aeriene f ăcute în momente apropiate pentru a ob ţine vitezele tuturor vehiculelor din prima fotografie. Aceasta măsur ătoare se refer ă la viteza medie momentană: 1 N m v m = v i . N i =1

∑

(3.6)

O relaţie folosită pentru calculul acestei viteze este: v m =

X 1

∑ t

N

,

(3.7)

i

i

unde t i este timpul necesar vehiculului i pentru a str ăbate distanţa X: t i =

X . v i

(3.8)

Viteza medie momentană poate fi calculat ă ca medie armonic ă a vitezelor individuale ale vehiculelor ce str ăbat o por ţiune de drum: v x =

X 1

∑ t i

N

i

=

X X 1 = = ⋅ ∑ v i . 1 X 1 X N i ⋅ ∑ N i v i N ∑ v i

(3.9)

i

Diferenţele dintre cele două metode de calcul a vitezelor medii pot fi ilustrate cu ajutorul exemplului urm ător.

78


Exemplu Se consider ă o pist ă circular ă având lungimea L = 1 km. Primul vehicul parcurge bucla cu viteza de 40 km/h în timp ce al doilea vehicul circul ă cu viteza de 60 km/h. Viteza medie a celor două bucle este de 50 km/h.

1 1 ⋅ 40 km / h + ⋅ 60 km / h = 50 km / h 2 2 Timp de o or ă, un observator fix va observa de 40 de ori primul vehicul şi de 60 de ori v t =

cel de-al doilea vehicul, deci viteza medie în acest caz este 52 km/h. Astfel, observarea vitezelor înclină în favoarea vehiculelor mai rapide deoarece aceste vehicule vor fi observate mai frecvent. Ştiind c ă numărul total al înregistr ărilor este (40+60=100). rezult ă

v x =

1 40 60 ⋅ ∑ v i = ⋅ 40 km / h + ⋅ 60 km / h = 16 + 36 = 52 km / h . N i 100 100

3.2.4. Intervale dintre vehicule

Intervalele dintre vehicule reprezint ă parametrii cantitativi importanţi ai fluxurilor de trafic, cu ajutorul cărora pot fi evaluate performanţele sistemului rutier sau nivelul de serviciu, precum şi eficienţa semnalelor de trafic şi a staţiilor de taxare. Ele pot fi considerate în mod diferit, funcţie de unitatea de m ăsur ă, ca intervale dintre vehicule măsurate în unităţi de timp sau intervale m ăsurate în unităţi de spaţiu. Intervalul de timp dintre vehicule, (t ) este o măsur ă a intervalului de timp necesar trecerii prin dreptul unui reper fix de pe marginea drumului a dou ă vehicule consecutive ale fluxului rutier, de exemplu de la bara fa ţă (sau bara spate) a primului vehicul la bara faţă (sau bara spate) a vehiculului urm ăritor şi are ca unitate de măsur ă secunda.

Figura 3.6 : Intervalele de timp dintre vehicule

Diagrama spaţiu-timp prezentată în figura 3.6 arată traiectoria fiecărui vehicul care trece prin dreptul punctului de observare, precum şi cele două componente ale intervalului de timp dintre vehicule:

79


• Golul temporal – intervalul de timp dintre vehicule, luând în considerare punctul

cel mai din spate al vehiculului urm ărit şi punctul cel mai avansat al vehiculului urmăritor; • Timp de ocupare – timpul necesar vehiculului pentru a traversa punctul de observare luând în considerare punctul cel mai avansat şi punctul cel mai din spate al aceluia şi vehicul. Acest timp depinde de tipul vehiculului, dar şi de viteza de deplasare a acestuia. Capacitatea de circula ţie a unui drum depinde în primul rând de prima componentă, golul temporal, pe care conduc ătorii auto îl aleg pentru a se sim ţi în siguranţă şi este dependent de timpul de reac ţie şi de spaţiul de oprire al autovehiculului (dependent de performan ţele vehiculului şi de condiţiile de deplasare). De mărimea acestui interval depinde posibilitatea de integrare a unui vehicul de pe un drum lateral într-un flux principal, dep ăşirea vehiculelor, păr ăsirea unui flux rutier. Măsura nivelului de serviciu este strâns legat ă de intervalele de timp dintre vehicule şi poate fi exprimată în două moduri: • ponderea intervalului de timp în care un vehicul este for ţat să urmărească un alt vehicul pe un drum cu dou ă benzi de circulaţie; • frecvenţa manevrelor de ajustare a vitezei de deplasare pe care le efectueaz ă un conducător auto pentru a menţine un interval de timp minim fa ţă de vehiculul din faţă. Intervalul spaţial sau distanţa dintre vehicule adesea numit interspaţiul, (notat s) (conform STAS 10144/5-89) reprezint ă distanţa dintre punctele identice ale celor două vehicule consecutive ale fluxului de trafic şi este exprimat în metri (figura 3.7).

Figura 3.7 : Intervalele de spaţ iu dintre vehicule

80


Interspaţiul poate fi considerat ca o vedere microscopic ă a densităţii. Diagrama spaţiu-timp din figura 3.7 arată cele două componente ale intervalelor de spa ţiu dintre vehiculele care circul ă pe un drum: lungimea vehiculului şi distanţa dintre vehicule (golul spa ţial). Intervalele dintre vehicule, ca şi distribuţia lor statistică, sunt folosite pentru dezvoltarea modelelor de urm ărire şi pentru investigarea stabilit ăţii fluxului rutier. Acest parametru este folosit adesea pentru a caracteriza eficien ţa unei amenaj ări rutiere şi pentru a evalua efectele „înainte – dup ă” ale intervenţiilor operaţionale. Pentru a putea compara diferitele valori, este necesar ca acest parametru s ă fie calculat pentru fiecare direc ţie de deplasare cât şi pentru momente ale zilei comparabile. Măsura utilizată pentru acest parametru se refer ă la randamentul de trecere definit ca numărul de vehicul-kilometri de călătorie efectuaţi pe o anumită por ţiune de drum, într-un anumit interval de timp. Se determin ă prin înregistrarea tăriei traficului pentru fiecare secţiune a unei artere situate între punctele de intrare şi ieşire.

81

Parametrii_traficului_rutier

Recommend Documents