Dopravní inženýrství I. - kapacita křižovatek na PK

Dopravní inženýrství I. – kapacita křižovatek na PK Celková kapacita křižovatky („výkonnost“) je dána počtem vozidel, která mohou projet křižovatkou za určitý časový interval (ČSN 73 6102). Posuzuje se pro: neřízené úrovňové křižovatky (TP 188 předpokládá se aktualizace v r. 2013); okružní křižovatky (TP 234); světelně řízené křižovatky (TP 81, TP235); mimoúrovňové křižovatky (TP 236).

Dopravní inženýrství I. – principy výpočtu kapacity Principy výpočtu kapacity křižovatek jsou založeny na: empirických regresních vztazích; teorii konfliktních situacích; teorii výskytu časových odstupů (mezer) mezi vozidly v nadřazených proudech křižovatky; simulačních metodách.

Dopravní inženýrství I. - ad A) Empirické regresní vztahy Vztah mezi intenzitou nadřazeného proudu a kapacitou podřízeného proudu            qp    je intenzita nadřazeného proudu (vozidla za hodinu)            Cn    kapacita podřízeného proudu (vozidla za hodinu) Vhodný pouze pro jednoduchý systém dopravní hierarchie s přednosti v jízdě!!!!

Dopravní inženýrství I. - ad B) teorie konfliktních situací Nejsou to "konflikty" chápané jako ukazatele bezpečnosti, jako tzv." skoronehody„, ale jedná se o definování situací, rozhodujících o kapacitě křižovatky. Vychází se přitom z principu podle GLEUE (1972), který je i v ČR znám v aplikaci pro výpočet kapacity řízené křižovatky.

Dopravní inženýrství I. – ad C) teorie výskytu čas. odstupů Zdroj: EDIP s.r.o. www.edip.cz (2.2.2012)

Dopravní inženýrství I. – časové odstupy vozidel simulace PTV Vissim (viz dále) TP188 Podrobněji on-line reading: http://books.nap.edu/catalog.php?record_id=6340 (3.8.2012)

Dopravní inženýrství I. – Časové odstupy vozidel Časový odstup vozidel – doba mezi průjezdem čel dvou vozidel jedoucích v dopravním proudu za sebou Přijatelný časový odstup (pro konkrétního řidiče) – nejmenší čas. odstup mezi dvěma vozidly v nadřazeném proudu, který je řidič podřazeného proudu ochoten přijmout k zařazení Kritický časový odstup tg – střední hodnota přijatelných časových odstupů (kritických mezer) na křižovatce (všech řidičů) v daných vnějších podmínkách k vykonání určitého manévru. Následný časový odstup tf – střední hodnota časových odstupů mezi dvěma následujícími vozidly podřazeného dopravního proudu, které se nacházejí ve frontě za sebou a zařazují se do stejné časové mezery (odstupu) v nadřazeném dopravním proudu nebo v této mezeře (odstupu) nadřazené dopravní proudy křižují. Kritický odstup - není to konstantní hodnota, je různá pro různé řidiče a podmínky (manévr) se stochastickým rozdělením splňujícím: minimální hodnota na spodní hranici je větší jak nula; střední hodnotu často označovanou jako „kritický časový odstup“; standardní odchylku; koeficient špičatosti se předpokládá kladný, s prodloužením na pravé straně rozdělení Kritický odstup nemůže být pozorován! Pouze přijaté a odmítnuté odstupy viz ↑.

Dopravní inženýrství I. - stanovení tg Pozorovat dopravní situace v čase, kdy vždy alespoň jedno vozidlo čeká na vedlejší silnici Zaznamenat počet vozidel „n“, které vjíždějí do hlavního proudu v čase „t“ Pro každou tuto mezeru přijatou „n“ řidiči vypočítat průměr přijatých mezer (viz obr. dále) Nalézt lineární regresy těchto průměrů Nárůst této lineární přímky z n do n+1 je čas tf Průsečík regresní přímky s horizontální osou tg = t0 + tf /2

Dopravní inženýrství I. – stanovení tg (= tc) Počet vozidel

Dopravní inženýrství I. – stanovení tg (distribuční funkcí) Odstupy: Fa(t) – přijaté Fr (t) – odmítnuté Fc(t) – kritické Zdroj: WEINERT ANTJE : Estimation of Critical Gaps and Follow-Up Times at Rural Unsignalized Intersections in Germany http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/circulars/ec018/35_37.pdf (20.2.2012)

Dopravní inženýrství I. - ad D) Simulace - PTV VISSIM Zdroj: Havlíček,T.-Merta J.:Doporučené hodnoty kritických mezer v programu Vissim. Silniční obzor roč.73, 5/2012 průjezd stop čárou bez zastavení 28 (m) je nedostatečná vzdálenost (málo času na provedení vjezdu) nedodržena minimální vzdálenost

Dopravní inženýrství I. – Simulace - hodnoty

Dopravní inženýrství I. – Výpočet kapacity dle TP188 pro křižovatky: ÚROVŇOVÉ, NEŘÍZENÉ, DOPRAVNĚ ROZLIŠENÉ za těchto předpokladů pro výpočet: • řidiči na hranici křižovatky vyhledávají mezery nebo příležitosti s konkrétní užitečnou velikostí při vjezdu do křižovatky; • důležitý je způsob vytváření mezer s konkrétní velikostí dostupných řidičům a následně podíl mezer konkrétní velikosti jež je nabízen řidiči pro vjezd a jejich vzoru (rozdělení) vzájemných příjezdů; • rozdělení délek odstupů v hlavním proudu se předpokládá dle logaritmicko- normálního rozdělení (blízkost křižovatky se SSZ může způsobit zvýšení kapacity); • metoda není vhodná pro křižovatky s/pod kapacitou 600- 800 vozidel/h (součet všech vjezdů do křižovatky) bez vyznačení s předností v jízdě; • není zohledněn vliv chodců (přednost na přechodech!); • předpokládá se dodržování právních předpisů, zejména pravidel provozu !

Dopravní inženýrství I. – podřazenost dopravních proudů Křižovatka styková Křižovatka průsečná

Dopravní inženýrství I. – číslování dopravních proudů Podřazenost č. proudu 1. stupeň 2,3,8,9 2. stupeň 1,6,7,12 3. stupeň 5,11 4. stupeň 4,10 Podřazenost č. proudu 1. stupeň 2,3,8 2. stupeň 6,7 3. stupeň 4 Křižovatka styková Křižovatka průsečná Rozhodující intenzity IH nadřazených proudů se stanovují dle vztahů viz dále. Nejedná se o prostý součet intenzit!!!

Dopravní inženýrství I. – Postup výpočtu kapacity Stanovení vstupních proměnných a základní kapacity Gn podřazených dopravních proudů jako fiktivní hodnoty vyjadřující maximální možnou propustnost příslušného proudu. Výpočet skutečných hodnot kapacity dopravních proudů Cn, která závisí na pravděpodobnosti nevzdutí příslušných nadřazených dopravních proudů p0. S klesající hodnotou pravděpodobnosti p0 bude také klesat reálná kapacita Cn podřízeného dopravního proudu. Závěrem se stanoví rezerva kapacity Rez jako rozdíl skutečné kapacity Cn a intenzity In a posoudí se úroveň kvality dopravy (ÚKD) prostře-dnictvím vypočtené hodnoty střední doby zdržení tw.

Dopravní inženýrství I. – vstupní proměnné výpočtu I - intenzita podřazeného proudu přepočtem vozidel Typ křižovatky Jízdní kola Motocykly Osobní vozidla a) Nákladní vozidla, autobusy b) Nákladní soupravy, kloubové autobusy Průsečné a stykové 0,5 0,8 1 1,5 2 a) Včetně nákladních vozidel do 3,5 t celkové hmotnosti. b) Nákladní vozidla nad 3,5 t celkové hmotnosti mimo nákladních souprav a autobusy mimo kloubové autobusy. Používá se pro stanovení intenzity podřazeného dopravního proudu zohledňující skladbu vozidel

Dopravní inženýrství I. – vstupní proměnná IH IH – rozhodující intenzita nadřazených proudů styková křižovatky Podřazený proud Číslo Součet intenzit I nadřazených proudů [voz/h]  Levé odbočení z hlavní 7 I2 + I3 Pravé odbočení z vedlejší 6 I2 2) + 0,5 . I3 1) Levé odbočení z vedlejší 4 I2 + 0,5 . I3 1)+ I8 + 0,5 . I9 1) + I1 + I7+ I12 + I11 1) Pokud má dopravní proud 3 samostatný jízdní pruh I3=0 2) Když má dopravní proud 2 dva jízdní pruhy, použije se intenzita dopravního proudu pro pravý jízdní pruh I2/2 Rozhodující intenzita nadřazených proudů je základní proměnnou při výpočtu základní kapacity vedlejších dopravních proudů. Skladba nadřazených proudů má v porovnání se zohledněním skladby u podřazených proudů výrazně odlišný vliv na přesnost výpočtu. Použití přepočtu vozidel nadřazených proudů by vedlo k nepřesným výpočtům – pvoz. S ohledem na přesnost a jednoduchost metodiky výpočtu je skladba nadřazených proudů zanedbávána. Hodnota intenzity nadřazených proudů vstupuje do výpočtu ve skutečných vozidlech.

Dopravní inženýrství I. – vstupní proměnná IH IH - rozhodující intenzita nadřazených proudů průsečné křižovatky Podřazený proud Číslo Součet intenzit I nadřazených proudů [voz/h]  Levé odbočení z hlavní 1 I8 + I9 7 I2 + I3 Pravé odbočení z vedlejší 6 I2 2) + 0,5 . I3 1) 12 I8 2) + 0,5 . I9 1) Přímý průjezd z vedlejší 5 I2 + 0,5 . I3 1)+ I8 + I9 + I1 + I7 11 I8 + 0,5 . I9 1)+ I2 + I3 + I1 + I7 Levé odbočení z vedlejší 4 I2 + 0,5 . I3 1)+ I8 + 0,5 . I9 1) + I1 + I7+ I12 + I11 10 I8 + 0,5 . I9 1)+ I2 + 0,5 . I3 1) + I1 + I7 + I6 + I5 1) Pokud má dopravní proud 3 nebo 9 samostatný jízdní pruh I3=0, I9=0 2) Když má dopravní proud 2 nebo 8 dva jízdní pruhy, použije se intenzita dopravního proudu pro pravý jízdní pruh I2/2, I8/2

Dopravní inženýrství I. – vstupní proměnná tg Druh dopravního proudu Číslo dopravního proudu Funkce tg v závislosti na rychlosti jízdy na hlavní komunikaci v85% [km/h] - v [s] Levé odbočení z hlavní 7/1 tg = 3,4 + 0,021 . v85% Pravé odbočení z vedlejší 6/12 tg = 2,8 + 0,038 . v85% Přímý průjezd z vedlejší 5/11 tg = 4,4 + 0,036 . v85% Levé odbočení z vedlejší 4/10 tg = 5,2 + 0,022 . v85% Funkce stanovující hodnotu tg má své meze platnosti pro rychlosti v intervalu 30-90 km/h. Pro rychlosti menší než 30 km/h se dosadí 30 km/h a pro rychlosti nad 90 km/h se dosadí 90 km/h Dopravní proud   Rychlost jízdy na hlavní komunikaci v85% [km/h] – v [s] 30 50 70 90 7/1 4 4,5 4,9 5,3 6/12 3,9 4,7 5,5 6,2 5/11 6,9 7,6 4/10 5,9 6,3 6,7 7,2

Dopravní inženýrství I. – vstupní proměnná tf Druh dopravního proudu Číslo dopravního proudu tf (s) P4 P6 levé odbočení z hlavní 7/1 2,6 pravé odbočení 6/12 3,1 3,7 přímý průjezd z vedle 5/11 3,3 3,9 levé odbočení z vedlejší 4/10 3,5 4,1 Legenda: P4 - přednost upravena dopravní značkou č. P4 "Dej přednost v jízdě!" P6 - přednost upravena dopravní značkou č. P6 "Stůj, dej přednost v jízdě!"

Dopravní inženýrství I. – základní kapacita Gn Maximální počet vozidel z podřazeného proudu, která mohou projet křižovatkou v časových mezerách mezi vozidly nadřazených dopravních proudů se označuje jako základní kapacita Gn. Vstupní proměnné Gn základní kapacita jízdního pruhu n-tého proudu [pvoz/h], IH rozhodující intenzita nadřazených proudů [voz/h], tg kritický časový odstup [s], tf následný časový odstup [s].

Dopravní inženýrství I. – základní kapacita Gn tg (s) 818 3,94 4,32 5,84 6,03 IH(1) 600 892 837 650 629 750 799 738 538 517 1050 641 574 368 348 1100 618 550 346 326 1150 596 528 325 306 1200 506 305 286 1250 554 485 268 1300 534 465 269 251 1350 514 446 252 235 1600 428 362 184 169 3700 92 62 13 11

Dopravní inženýrství I. – Základní kapacita Gn Kapacita dopravních proudů 1. stupně se rovná kapacitě volně se pohybujících dopravních proudů. Všeobecně se udává hodnotou 1800 (pvoz/h). Pro kapacitu dopravních proudů 2. stupně platí rovnost se základní kapacitou Gn= Cn (Cn – skutečná kapacita jízdního pruhu n-tého stupně pvoz/h) Kapacita dopravních proudů 3. a 4. stupně je vždy nižší než základní kapacita vlivem ovlivněných nadřazených proudů, u kterých s rostoucím stupněm vytížení roste přímo úměrně pravděpodobnost výskytu fronty vozidel: Pro 3. stupeň podřazenosti se potom zohledňuje pravděpodobnost nevzdutí proudů 2. stupně. Pro 4. stupeň podřazenosti, který se vyskytuje pouze u průsečných křižovatek, se zohledňuje pravděpodobnost nevzdutí proudů 2. stupně a současně proudů 3. stupně.

Dopravní inženýrství I. – skutečná kapacita Cn Pro dopravní proudy 2. stupně tj. pro vozidla odbočující vlevo z hlavní (1 a 7) a pro vozidla odbočující vpravo z vedlejší (6,12) platí vztah Cn = Gn U dopravních proudů 3. nebo 4. stupně (vlevo z vedlejší 4,10) je nutné zohlednit pravděpodobnost nevzdutí p0,n rozhodujících nadřazených dopravních proudů, která snižuje jejich základní kapacitu. Výsledná Cn proudů 3.a 4. stupně je násobkem základní kapacity Gn s hodnotou pravděpodobnosti p0n. Vzdutí kde: n dopravní proudy 1,7,6,12,5,11 [-], av stupeň vytížení pro n-tý proud [-], In intenzita dopravy dopravního proudu n [pvoz/h], Cn kapacita jízdního pruhu n-tého proudu [pvoz/h]. Další detaily o platnosti rovnice ve vztahu k vytváření front (vzdutí) viz TP188

Dopravní inženýrství I. – skutečná kapacita Cn Styková křižovatka Kapacity C4 pro dopravní proud 4 (3. stupně) násobí Gn4 hodnotou pravděpo-dobnosti p0,7, vyjadřující nevzdutí nadřazeného proudu druhého stupně pro odbočování vlevo 7, podle vztahu: Cn4 = p0,7 . Gn4 p0,7 pravděpodobnost nevzdutého stavu nadřazeného proudu 7 [-] je-li 95% délka fronty N95% (stanovení viz dále) dopravního proudu 7 větší než délka úseku (pruhu) pro odbočování vlevo, se místo p0,7 použije hodnota p0,7* vypočtená podle vztahu (16 dle TP188), v případě, že dopravní proud odbočující vlevo z hlavní komunikace 7 nemá samostatný pruh, se místo p0,7 použije hodnota p0,7** vypočtená podle vztahu (14 dle TP188),

Dopravní inženýrství I. – pravděpodobnosti nevzdutí Průsečné křižovatka Při určování kapacity jízdních pruhů proudů 4. stupně (4 a 10) na průsečné křižovatce, tj. proudů odbočujících vlevo z vedlejší komunikace se musí zohlednit pravděpodobnost, že se současně nevytvoří kolony v dopravních proudech 2. (1,7 a 6,12) a 3. stupně (5 a 11), což ale není navzájem závislé. Po vypočítání hodnot pravděpodobností p0,1, p0,7, p0,6, p0,12, p0,5, p0,11 se určují hodnoty pravděpodobností pz,5 a pz,11, které vyjadřují s dostatečnou přesností stav bez vzdutí (viz TP 188).

Dopravní inženýrství I. – specifika výpočtu Další detailní vztahy uvádí TP188 pro tyto případy: Výpočet kapacity pruhů se společným řazením (z vedlejší) Výpočet kapacity pruhů se společným řazením a rozšířeným vjezdem (z vedlejší) Na hlavní komunikaci není samostatný pruh pro odbočování vlevo Na hlavní komunikaci je samostatný pruh pro odbočování vlevo Výpočty pravděpodobnosti nevzdutí jsou otázkou dalších výzkumů Vztahy se odlišují v metodikách HBS 2001 (Německo) aktualizovaná v r. 2010, HCM 2000 (USA). Podrobněji viz. LITERATURA 5

Dopravní inženýrství I. – délka fronty N95% Kapacita C (pvoz/h) Délka fronty na vjezdech do neřízené křižovatky se dimenzuje na 95% pravděpodob-nost uvažované délky fronty. Znamená to, že v 95% času během špičkové hodiny je fronta kratší než udává hodnota N95%, ve zbývajících 5% času se připouští fronta vozidel delší. Délka fronty N95% (m) Stupeň vytížení av Délku fronty N95% lze též stanovit dle vztahů uvedených v TP188.

Dopravní inženýrství I. – úroveň kvality dopravy (ÚKD) Pro posouzení ÚKD je kritériem střední doba zdržení jednotlivých podřazených proudů, příp. smíšených proudů. Pro stanovení závěrů kapacitního posouzení křižovatky je nutné ověřit, zda pro intenzitu dopravního proudu In není překročena hodnota střední doby zdržení tw podle následující podmínky: kde: - střední doba zdržení vozidel v dopravním proudu n, příp. smíšeném proudu tw - nejvyšší přípustná střední doba zdržení vozidel dle požadovaného stupně úrovně kvality dopravy Posouzení splnění podmínky nepřekročení nejvyšší přípustné hodnoty střední doby zdržení se provede pro všechny podřízené dopravní proudy n a pro všechny případné smíšené dopravní proudy. Pro celkové hodnocení křižovatky výsledným stupněm UKD je rozhodující nejméně příznivé hodnocení s nejvyšší střední dobou zdržení.

Dopravní inženýrství I. – střední doba zdržení tw Úroveň kvality dopravy (ÚKD) E S 3.tř., MK, ÚK Střední doba zdržení tw v (s) D S 2.tř., MKr C D, R, S 1.tř. B A Rezerva kapacity = Cn – In (pvoz/h) F – překročená kapacita (stupeň vytížení je větší jak 1) viz ČSN 73 6102 Střední dobu zdržení tw lze též stanovit dle vztahů uvedených v TP188.

Dopravní inženýrství I. – užití kapacitního výpočtu k návrhu potřebného počtu pruhů na vjezdu do křižovatky rozšíření společného pruhu na vjezdu z vedlejší PK k přidání levého odbočovacího pruhu z hlavní PK znemožnění některých křižovatkových pohybů (např. zákaz odbočení vlevo) snížení rychlosti jízdy na hlavní PK (případně upravit rozhledové poměry) • vyjádření časových ztrát pro vozidla z vedlejších proudů • posouzení úrovně kvality dopravy (ÚKD) pomocí tw • posouzení funkčnosti schopnosti křižovatky při daném dispozičním a dopravně organizačním uspořádání (intenzita < kapacita) • rozhodnutí o volbě jiného typu a vzoru křižovatky (OK, SSZ [světelné signalizační zařízení]…)

Dopravní inženýrství I. – LITERATURA RŮŽIČKA M.: Přednášky - Dopravní inženýrství I., Moodle TF ČZU Praha, http://moodle.czu.cz - každý rok aktualizované přednášky SLINN M.-GUEST P.-MATTHEWS P.: Traffic Engineering Design, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005,Oxford, , 2. ed., ISBN 0-7506-5865-7, 232 p. Juan de Dios Ortúzar – Willumsen Luis G.: Modelling transport, John Wiley and sons. LTD, 3rd. Ed. ISBN 13:978-0-471-86110-2(H/B), 2006, 498 p. KOČÁRKOVÁ D.- KOCOUREK J.- JACURA M.: Základy dopravního inženýrství, ČVUT Praha 2009, ISBN:978-80-01-04233-5, 142 s., GAVULOVÁ Andrea: Vlyv aktualizácie HBS 2001 na kapacitné posúdenie neriadených križovatek, Dopravní inženýrství 01-2012, ISSN: 1801-8890, str. 2- 6 Informace o pozemních komunikacích: www.rsd.cz (15.3.2012) http://www.dalnice-silnice.cz (15.3.2012) http://www.ceskedalnice.cz/ (15.3.2012) http://www.dopravniinfo.cz/ (15.3.2012) – doporučené odkazy => správci komunikací Základní normy: ČSN 73 6100 1-2 Názvosloví ČSN 73 6101 Projektování silnic a dálnic (2004 oprava 2005, 2009 změna Z1) ČSN 73 6102 Projektování křižovatek na pozemních komunikacích (11/2007, změna 2011) ČSN 73 6104. Klasifikace mezinárodních silnic (1990) ČSN 73 6108 Lesní dopraní síť (1996) ČSN 73 6109 Projektování polních cest (2004) ČSN 73 6110 Projektování místních komunikací (2006)