4. Metodyka badań
4.4. Harmonogram badań
Plan badań tworzono w ten sposób tak, aby pomiary wpływu przejazdu pojazdem przez zróżnicowaną infrastrukturę drogową na emisję związków szkodliwych spalin zrealizować podczas przejazdu przez miasto, a następnie obwodnicą.
Etap pierwszy – pomiary emisji spalin w rzeczywistym ruchu podczas przejazdu przez miasto i obwodnicą jednego pojazdu Pierwszym etapem była ekologiczna ocena (pod kątem emisji związków szkodli-wych i zużycia paliwa) wybudowania nowej infrastruktury drogowej – obwodnicy miej-skiej jako lepszego nowoczesnego rozwiązania zastępującego przejazd przez miejsco-wość. Motywacją do wyboru tej trasy badawczej była nowobudowana obwodnica Ży-rardowa (w drodze krajowej nr 50).
W pierwszym etapie badań wykonano pomiary emisji związków szkodliwych spalin na drodze nr 50 przebiegającej przez Żyrardów. Przejazdy badawcze wykonywano z wykorzystaniem dwóch różnych tras przejazdu (przez miasto i po obwodnicy tego mia-sta), przy czym początek i koniec pomiarów znajdował się tych samych miejscach nie-zależnie od wybranej drogi przejazdu. W obu przypadkach początek i koniec rejestracji mierzonych wartości przypadał na punkt łączenia się obwodnicy i drogi krajowej nr 50
4. Metodyka badań 44 (rys. 4.5). Przejazdy przez miasto wykonywano przed otwarciem obwodnicy, gdy cały tranzyt odbywał się przez centrum Żyrardowa. Pomiary emisyjne dotyczące przejazdów z wykorzystaniem obwodnicy, realizowano po jej oddaniu do użytku. Dużo uwagi zwracano na powtarzalność pomiarów, dlatego zarówno podczas przejazdu przez mia-sto, jak i po obwodnicy wykonano po 10 przejazdów (po 5 przejazdów w obu kierun-kach z wykorzystaniem obu tras badawczych). Aby zminimalizować wpływ stylu jazdy kierowcy na uzyskane wyniki, przyjęto zasadę jazdy za pojazdem poprzedzającym, sta-rając się w ten sam sposób utrzymywać stałą prędkość, przyspieszać i zwalniać, a zatem skopiować jego styl jazdy. Taka metodyka jest powszechnie stosowana i nosi nazwę jazdy „za liderem”. Z wymienionych powodów nie przeprowadzono prób przed otwar-ciem obwodnicy, kiedy będąc jedynym użytkownikiem, pojazd za każdym razem mógł-by przejechać ze stałą prędkością, unikając faz zwalniania i przyspieszania.
Rys. 4.5. Mapa z zaznaczonymi punktami początku i końca rejestracji pomiarów
Po analizie skróconej charakterystyki przejazdu tras badawczych, zauważyć można, że trasy te charakteryzuje podobna długość przejazdu (tabl. 4.3). Jednak ze względu na mniejszą przepustowość drogi prowadzącej przez centrum miasta oraz występowanie dużo większej liczby węzłów komunikacyjnych, czas przejazdu tą drogą był niemal dwukrotnie dłuższy. Analogicznie średnia prędkość przejazdu przez miasto była ok.
dwukrotnie mniejsza. Podczas przejazdów przez miasto i po obwodnicy rejestrowano obraz przed, jak i za pojazdem badawczym, dzięki czemu zobrazowano różnice w cha-rakterze przejazdu, występujące głównie przez odmienne natężenie ruchu pojazdów (rys. 4.6). Przed otwarciem obwodnicy, przy przejeździe przez centrum Żyrardowa, obserwowano duże natężenie ruchu pojazdów ciężarowych. Sytuacja ta nie była odczu-walna przy przejeździe po obwodnicy, co wynikało z większej przepustowości obwod-nicy, która jest drogą typu „2 + 1”. Droga w konfiguracji „2 + 1”, charakteryzuje się jednym pasem jazdy w obu kierunkach oraz odcinkowym zwiększeniem liczby pasów jazdy w jednym kierunku do dwóch pasów, przez co istnieje możliwość wyprzedzenia wolniej jadących pojazdów [96]. Po pokonaniu pewnego dystansu, droga ponownie ulega zwężeniu do jednego pasa, natomiast dodatkowy pas pojawia się dla pojazdów jadących w przeciwnym kierunku.
Początek rejestracji pomiarów
Koniec rejestracji pomiarów
4. Metodyka badań 45 Tablica 4.3. Charakterystyka tras badawczych (I etap badań)
Parametr Przejazd przez miasto Przejazd po obwodnicy
Średnia długość odcinka
pomiarowego [km] 13,764 13,745
Średni czas przejazdu [s] 1313,2 659,9
Średnia prędkość jazdy [km/h] 38,45 74,98
a) b)
Rys. 4.6. Widok z kamery rejestrującej przejazd odcinków badawczych: a) przejazd przez miasto, b) przejazd obwodnicą
4. Metodyka badań 46 Wyniki prac tego etapu badawczego przedstawione będą w rozdziale 5.1, w którym zaprezentowano wyniki emisji zanieczyszczeń dla obiektu badawczego wykonane pod-czas przejazdu przez miasto i jego obwodnicą.
Etap drugi – symulacja emisji spalin podczas przejazdu jednego pojazdu przez miasto i jego obwodnicą
Pierwszy etap badań stanowił wstęp do oceny wpływu infrastruktury drogowej na emisję spalin z pojazdów samochodowych (a dokładnie – obiektu badawczego).
W przypadku pomiarów w obrębie miasta Żyrardowa, uzyskane wyniki stanowiły in-formację, jakich różnic ilościowych w emisji związków szkodliwych spalin można się spodziewać przy porównaniu wyników pomiarów emisji spalin i ich symulacji. Do sy-mulacji niezbędne były analizy obejmujące przejazdy przez pojedyncze elementy infra-struktury drogowej. Drugi etap podejmowanych prac dotyczył wyznaczenia wpływu wybranych (pojedynczych) elementów infrastruktury drogowej na emisję związków szkodliwych spalin z pojazdów samochodowych. Pomiary wykonywano podczas naj-ważniejszych – potrzebnych do modelowania fragmentów infrastruktury drogowej. By-ły to m.in.: jazda na wprost, jazda przez skrzyżowanie z ruchem okrężnym oraz prze-jazdu na wprost (w różnej konfiguracji) przez skrzyżowanie. Ogólnie ujmując, badania przeprowadzono na tradycyjnych skrzyżowaniach, skrzyżowaniach o ruchu okrężnym (rondach) oraz w jednym przypadku rejestrowano przejazd przez skrzyżowanie bezkoli-zyjne.
Symulacji emisji zanieczyszczeń dokonano z wykorzystaniem oprogramowania PTV Vissim [80], które jest narzędziem do symulacji ruchu w skali mikroskopowej [52–54].
Zaletą tego systemu jest możliwość dokładnego odwzorowania geometrii i parametrów modelowanego odcinka drogowego oraz ruchu pojazdów [79]. Opisywane oprogramo-wanie wyposażono w obszerne bazy danych, zawierających, np. modele ruchu różnych grup pojazdów, jak np.: samochód osobowy, ciężarowy, autobus, motocykl. Ponadto w wersji rozszerzonej zawarto dane, umożliwiające symulacyjne wyznaczenie emisji za-nieczyszczeń z pojazdów napędzanych silnikami ZI i ZS, spełniających aktualne oraz wcześniejsze normy emisji spalin. W oprogramowaniu zaimplementowano zestaw mo-deli emisji spalin VERTIS+ [51, 88, 99] opracowany wspólnie z organizacją TNO (Netherlands Organisation for Applied Scientific Research) z Holandii. Zestaw ten służy do prognozowania wskaźników emisji zanieczyszczeń oraz współczynników wykorzy-stania energii, które są reprezentatywne dla flot samochodowych w różnych krajach.
Współczynniki emisji są zróżnicowane w zależności od typu pojazdów i sytuacji w ru-chu. Baza danych emisyjnych VERSIT + opiera się na informacjach z 12 000 różnych cykli jezdnych w tym wyników badań drogowych. Są one uogólnieniem dla pojazdów i mogą się różnić w stosunku do specyficznych grup pojazdów.
W trakcie wykonywania analiz w oprogramowaniu PTV Vissim, możliwy jest pod-gląd pojazdów znajdujących się w sieci np. z perspektywy „z góry” lub z perspektywy wybranego pojazdu znajdującego się w sieci (rys. 4.7 i 4.8). Należy jednak pamiętać o znacznych ograniczeniach takiego oprogramowania, sygnalizowanych m.in. w publika-cjach [10, 22, 23].
Wyniki prac tego etapu badawczego przedstawione będą w rozdziale 5.2, w którym zaprezentowano wyniki symulacji masy zanieczyszczeń dla obiektu badawczego wyko-nane podczas przejazdu przez miasto i jego obwodnicą.
4. Metodyka badań 47
Rys. 4.7. Widok 3D zamodelowanej infrastruktury drogowej
Rys. 4.8. Widok z perspektywy pojazdu oraz okno z chwilowymi wartościami wybranych pa-rametrów
Etap trzeci – symulacja emisji spalin podczas przejazdu potoku pojazdów przez miasto i jego obwodnicą
Finalnym – trzecim etapem – prac była ilościowa ocena charakterystyk przejazdów oraz emisji związków szkodliwych spalin przy przejeździe przez miejscowość i obwod-nicą potoku pojazdów. Do prac przyjęto strukturę pojazdów przedstawionych w roz-dziale drugim. W rozroz-dziale tym wykorzystano oprogramowanie symulacyjne, jednakże rozpatrywano masę związków szkodliwych dla rzeczywistych wartości natężenia ruchu pojazdów.
Wyniki prac tego etapu badawczego przedstawione będą w rozdziale 5.3, w którym zaprezentowano wyniki symulacji masy zanieczyszczeń dla rzeczywistego natężenia ruchu pojazdów wykonane podczas przejazdu przez miasto i jego obwodnicą.