Metoda oceny wpływu typu skrzyżowania drogowego na warunki środowiskowe The method of estimation of influence the type of intersection into environmental conditions

(1)

z. 121 Transport 2018

Aleksander Sobota

Politechnika Śląska, Wydział Transportu

METODA OCENY WPŁYWU TYPU

SKRZYŻOWANIA DROGOWEGO

NA WARUNKI ŚRODOWISKOWE

Rękopis dostarczono: kwiecień 2018

Streszczenie: Funkcjonowanie systemu transportowego determinowane jest między innymi przez

jakość obsługi infrastruktury różnych gałęzi transportu. W przypadku transportu drogowego szczególną rolę odgrywają skrzyżowania drogowe, które umożliwiając obsługę kolizyjnym strumieniom ruchu są wąskim gardłem tego systemu. Dlatego właściwy dobór skrzyżowań drogowych, szczególnie w gęstych sieciach transportowych, może przyczyniać do usprawnienia funkcjonowania systemu transportowego. Wpływ na wybór skrzyżowania drogowego mają projektanci, którzy muszą rozwiązać problemem decyzyjny polegający na wyborze optymalnego rozwiązania. Jednym z pierwszych etapów tego działania jest wybór typu skrzyżowania, który uzależniony jest od wielu czynników. Dlatego w artykule podjęto próbę odpowiedzi na pytanie, czy typ skrzyżowania ma wpływ na warunki środowiskowe. W tym celu przedstawiono podstawowe założenia metody oceny tej zależności a także wyniki badań prowadzonych na czterech typach skrzyżowań położonych na wielopasowych ciągach ulic.

Słowa kluczowe: typy skrzyżowań drogowych, warunki środowiskowe, analiza wielokryterialna

1. WPROWADZENIE

W miastach obserwowane są problemy komunikacyjne przejawiające się występującymi stratami czasu ponoszonymi przez podróżnych. Minimalizacja strat czasu realizowana jest poprzez zarządzanie zapotrzebowaniem na podróże [7, 25] (popytowa strona systemu transportowego) lub zarządzanie ofertą systemu transportowego [6, 24, 27] (podażowa strona systemu transportowego). Ta druga determinowana jest charakterystykami infrastruktury, z której korzystają podróżujący transportem indywidualnym. Wybrane charakterystyki przedstawiają prace [3, 4, 5, 17, 20]. Nie bez znaczenia jest również jakość funkcjonowania publicznego transportu zbiorowego [16]. Jednak, mimo iż instrumenty zarządzania mobilnością w miastach są wdrażane na coraz szerszą skalę (np. rowery miejskiej, ograniczenia w ruchu dla samochodów osobowych, poprawa dostępności do transportu publicznego) [9] co przekłada się na coraz większą liczbę podróży realizowanych transportem publicznym [14, 15], to i tak określona grupa użytkowników będzie wykorzystywać transport indywidualny. W związku z czym

(2)

eliminacja wąskich gardeł w sieci transportowej jest działaniem pożądanym. Dotyczy to szczególnie skrzyżowań drogowych, których funkcjonowanie wpływa na funkcjonowanie systemu transportowego [10, 11, 21], a to przekłada się na jakość życia mieszkańców i stan środowiska naturalnego.

Niestety transport drogowy cechuje się emisją zanieczyszczeń powietrza i hałasu komunikacyjnego. Dlatego producenci samochodów stoją przed rosnącą presją minimalizacji emisji zanieczyszczeń. Dla pojazdów silnikowych wynika ona z wymogów technicznych w zakresie ich homologacji. Europejski standard [8] reguluje dopuszczalną

emisję produktów spalania, którymi są tlenki azotu (NOX), tlenki węgla (CO),

węglowodory (HC) oraz cząstki stałe (PM). Jednak na poziom emisji zanieczyszczeń nie wpływa tylko stan techniczny suprastruktury, ale również jakość obsługi ruchu przez infrastrukturę transportu. Wskazują na to wyniki badań przedstawionych w publikacji [12]. Dlatego mając powyższe na uwadze, celem badawczym artykułu jest próba określenia wpływu jakości obsługi różnych typów skrzyżowań na warunki środowiskowe.

2. OGÓLNA POSTAĆ MODELU DOBORU TYPU

SKRZYŻOWAŃ DROGOWYCH

Projektowanie infrastruktury transportu drogowego wymaga prowadzenia szeroko zakrojonych analiz, na przykład w zakresie dostosowania parametrów geometrycznych obiektów infrastruktury do natężenia ruchu i prędkości pojazdów, opracowania organizacji ruchu zapewniającej odpowiedni poziom bezpieczeństwa realizacji procesów transportowych, czy zapewnienia sterowania ruchem o jak najmniejszych stratach czasu [13]. Nie bez znaczenia wydaje się być również uwzględnienie czynnika środowiskowego, który w procesie projektowania na etapie doboru typu skrzyżowania drogowego nie jest brany pod uwagę.

Ogólny model doboru typu skrzyżowania ࡻࡹࡰࢀࡿ, ma charakter problemu decyzyjnego [3, 4, 5, 19, 22, 23, 26]. Model, o którym mowa może wystąpić w czterech różnych przypadkach:

ࡹࡰࢀࡿ࢈ሺࡿࡰሻ – model doboru typu zbioru budowanych skrzyżowań (dla zbioru obiektów, które nie istnieją),

ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺࡿࡰሻ – model doboru typu zbioru przebudowywanych skrzyżowań (dla zbioru obiektów istniejących),

ࡹࡰࢀࡿ࢈ሺݏ݀ሻ – model doboru typu budowanego skrzyżowania (dla obiektu, który nie istnieje),

ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺݏ݀ሻ – model doboru typu przebudowywanego skrzyżowania (dla obiektu istniejącego).

Przy czym zbiór numerów skrzyżowań ࡿࡰ jest odwzorowaniem skrzyżowań, dla których należy dobrać typ. Opisany jest wzorem.

(3)

gdzie ܵܦതതതത oznacza liczbę rozpatrywanych numerów typów skrzyżowań drogowych w zbiorze ࡿࡰ jako dopuszczalne rozwiązanie problemu decyzyjnego a ݏ݀ oznacza jeden,

określony typ skrzyżowania w zbiorze ࡿࡰ.

ࡹࡰࢀࡿሺࡿࡰሻ jest modelem doboru typu skrzyżowań dla zbioru skrzyżowań ࡿࡰ,

a ࡹࡰࢀࡿሺݏ݀ሻ dotyczy pojedynczego obiektu. Pierwszy z nich zakłada uwzględnienie

podejścia sieciowego, które może być wykorzystywane przy projektowaniu lub optymalizowaniu funkcjonowania sieci drogowo-ulicznej poprzez poprawę warunków ruchu na skrzyżowaniach. Natomiast drugi zakłada podejście punktowe, tj. dla pojedynczego skrzyżowania i jest specyficznym przypadkiem modelu ࡹࡰࢀࡿሺࡿࡰሻ. Co więcej, każdy z modeli może dotyczyć przypadku budowy albo przebudowy skrzyżowania lub skrzyżowań.

Model doboru typu przebudowywanych skrzyżowań ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺࡿࡰሻ dla zbioru

skrzyżowań ࡿࡰ może występować w następujących przypadkach:

ࡹࡰࢀࡿ࢖ࢀ_{ሺࡿࡰሻ – model doboru typu przebudowywanych skrzyżowań dla zbioru}

skrzyżowań ࡿࡰ tego samego typu (dla zbioru obiektów istniejących),

ࡹࡰࢀࡿ࢖ࡾ_{ሺࡿࡰሻ – model doboru typu przebudowywanych skrzyżowań dla zbioru}

skrzyżowań ࡿࡰ różnych typów (dla zbioru obiektów istniejących).

Natomiast model doboru typu budowanych skrzyżowań ࡹࡰࢀࡿ࢈ሺࡿࡰሻ dla zbioru skrzyżowań ࡿࡰ obejmuje następujące elementy:

ࡹࡰࢀࡿ࢈ࢀ_{ሺࡿࡰሻ – model doboru typu budowanych skrzyżowań dla zbioru skrzyżowań ࡿࡰ}

tego samego typu (dla zbioru obiektów nieistniejących),

ࡹࡰࢀࡿ࢈ࡾ_{ሺࡿࡰሻ – model doboru typu budowanych skrzyżowań dla zbioru skrzyżowań ࡿࡰ}

różnych typów (dla zbioru obiektów nieistniejących).

Model doboru typu budowanego skrzyżowania ࡹࡰࢀࡿ࢈ሺݏ݀ሻ jak również model doboru typu przebudowywanego skrzyżowania ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺݏ݀ሻ nie są rozpatrywane pod kątem różnorodności typów skrzyżowań, bowiem opisują one sytuację doboru jednego obiektu.

Graficzną prezentację klasyfikacji różnych przypadków ogólnego modelu doboru typów skrzyżowań przedstawiono na rysunku 1, na którym zaznaczono (wypełnionym prostokątem w szarym kolorze) sześć przypadków tego modelu. Mogą być one wykorzystywane w zależności od potrzeb, tj. doboru wielu lub pojedynczego skrzyżowania a także budowy lub ich przebudowy. Dodatkowo wytłuszczonym obramowaniem na rysunku tym zaznaczono model, który stanowi przedmiot rozważań opisanych w artykule.

W referacie analizie poddano pojedyncze obiekty. W związku z powyższym prezentowany jest model doboru typu przebudowywanego pojedynczego skrzyżowania

drogowego ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺݏ݀ሻ (bowiem rozpatrywane są obiekty istniejące), który może być

przedstawiony z wykorzystaniem następujących elementów:

 zbiór funkcji opisujących cechy danego skrzyżowania, obejmujący cechy infrastrukturalne, związane z ruchem, z bezpieczeństwem ruchu drogowego, warunkami środowiskowymi oraz kosztami przebudowy,

 zbiór założonych typów skrzyżowań, zawierający zbiór dostępnych do wyboru typów skrzyżowań drogowych,

 zbiór ograniczeń i uwarunkowań modelu decyzyjnego typów skrzyżowań, obejmujący czynniki opisujące otoczenie danego skrzyżowania, które mogą wpływać na funkcjonowanie przebudowanego skrzyżowania,

(4)

Rys. 1. Struktura hierarchiczna ogólnego modelu doboru typu skrzyżowań drogowych

Zatem model doboru typu przebudowywanego skrzyżowania ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺݏ݀ሻ można

zapisać jako:

ࡹࡰࢀࡿ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ۃࢆࡲ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢆࢀ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢆࡻࢁࡹࡰ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢆࡷ࢖ሺݏ݀ሻۄ (2) gdzie:

ࢆࡲ࢖ሺݏ݀ሻ – zbiór charakterystyk opisywanych dla przebudowywanego skrzyżowania

drogowego,

ࢆࢀ࢖ሺݏ݀ሻ – zbiór założonych typów skrzyżowań drogowych dla przebudowywanego

obiektu,

ࢆࡻࢁࡹࡰ࢖ሺݏ݀ሻ – zbiór ograniczeń i uwarunkowań modelu decyzyjnego wyboru typu obiektu dla przebudowywanego skrzyżowania,

ࢆࡷ࢖ሺݏ݀ሻ – zbiór kryteriów wyboru typu obiektu dla przebudowywanego skrzyżowania.

Problematyka podejmowana w artykule związana jest ze zbiorem charakterystyk

opisywanych dla danego skrzyżowania drogowegoࢆࡲ࢖ሺݏ݀ሻ, jak również ze zbiorem

kryteriów ࢆࡷ࢖ሺݏ݀ሻ. W sposób ogólny ten pierwszy zbiór można zapisać jako:

ࢆࡲ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼࡲ࢖ࡾሺݏ݀ሻǡ ࡲ࢖ࡵࢀሺݏ݀ሻǡ ࡲ࢖࡮ࡾࡰሺݏ݀ሻǡ ࡲ࢖ࢃࡿሺݏ݀ሻǡ ࡲ࢖ࡳࡱࡻࡹሺݏ݀ሻǡ ࡲ࢖ࡱሺݏ݀ሻሽ (3)

gdzie:

ࡲ࢖ࡾሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki ruchu,

ࡲ࢖ࡵࢀሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki otaczającej infrastruktury,

ࡲ࢖࡮ࡾࡰሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki związane z bezpieczeństwem

ruchu drogowego,

ࡲ࢖ࢃࡿሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki dotyczące warunków

środowiskowych,

Ogólny model doboru typów skrzyżowań

OMDTS

Budowane skrzyżowania (modele dla obiektów nie

istniejących)

Przebudowywane skrzyżowania (modele dla

obiektów istniejących)

Model doboru typu zbioru budowanych skrzyżowań

MDTSb(SD)

Model doboru typu budowanego skrzyżowania

MDTSb(sd)

Model doboru typu zbioru przebudowywanych

skrzyżowań

MDTSp(SD)

Model doboru typu przebudowywanego skrzyżowania

MDTSp(sd)

Model doboru zbioru budowanych skrzyżowań tych

samych typów

MDTSbT_(SD) Model doboru zbioru budowanych skrzyżowań

różnych typów

MDTSbR_(SD)

Model doboru zbioru przebudowywanych skrzyżowań

tych samych typów

MDTSpT_(SD) Model doboru zbioru budowanych skrzyżowań

różnych typów

(5)

ࡲ࢖ࡳࡱࡻࡹሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki o warunkach geometrycznych i ukształtowaniu sytuacyjno-wysokościowym,

ࡲ࢖ࡱሺݏ݀ሻ – zbiór funkcji opisujących charakterystyki o kosztach przebudowy

skrzyżowania.

Natomiast zbiór kryteriów ࢆࡷ࢖ሺݏ݀ሻ można zapisać jako:

ࢆࡷ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼ࢓ࡾ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢓ࡵ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢓࡮ࡾࡰ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢓ࢃࡿ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢓ࡳࡱࡻࡹ࢖ሺݏ݀ሻǡ ࢓ࡱ࢖ሺݏ݀ሻሽ (4) gdzie:

࢓ࡾ࢖ሺݏ݀ሻ jest zbiorem miar związanych z ruchem opisanych jako:

࢓ࡾ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼ݉ݎ݌ଵሺݏ݀ሻǡ ݉ݎ݌ଶሺݏ݀ሻǡ ǥ ǡ ݉ݎ݌௜ሺݏ݀ሻሽ, ݅ א ܰା (5)

przy czym ݅ jest liczebnością zbioru ࢓ࡾ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania drogowego ݏ݀.

࢓ࡵ࢖ሺݏ݀ሻ jest zbiorem miar związanych z otaczającą infrastrukturą opisanych jako:

࢓ࡵ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ൛݉݅݌ଵሺݏ݀ሻǡ ݉݅݌ଶሺݏ݀ሻǡ ǥ ǡ ݉݅݌௝ሺݏ݀ሻൟ, ݆ א ܰା (6)

przy czym ݆ jest liczebnością zbioru ࢓ࡵ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania

drogowego ݏ݀.

࢓࡮ࡾࡰ࢖ሺݏ݀ሻ jest zbiorem miar związanych z bezpieczeństwem ruchu drogowego opisanych jako:

࢓࡮ࡾࡰ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼܾ݉ݎ݀݌_ଵሺݏ݀ሻǡ ܾ݉ݎ݀݌ଶሺݏ݀ሻǡ ǥ ǡ ܾ݉ݎ݀݌௞ሺݏ݀ሻሽ, ݇ א ܰା (7)

przy czym ݇ jest liczebnością zbioru ࢓࡮ࡾࡰ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania

drogowego ݏ݀.

࢓ࢃࡿ࢖ሺݏ݀ሻ jest zbiorem miar związanych z warunkami środowiskowymi opisanych jako:

࢓ࢃࡿ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼ݉ݓݏ݌_ଵሺݏ݀ሻǡ ݉ݓݏ݌ଶሺݏ݀ሻǡ ǥ ǡ ݉ݓݏ݌௟ሺݏ݀ሻሽ, ݈ א ܰା (8)

przy czym ݈ jest liczebnością zbioru ࢓ࢃࡿ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania

drogowego ݏ݀.

࢓ࡳࡱࡻࡹ࢖ሺݏ݀ሻ jest zbiorem miar związanych z warunkami geometrycznymi i ukształtowaniem sytuacyjno-wysokościowym opisanych jako:

࢓ࡳࡱࡻࡹ࢖ሺݏ݀ሻ ൌ ሼ݉݃݁݋݉݌ଵሺݏ݀ሻǡ ݉݃݁݋݉݌ଶሺݏ݀ሻǡ ǥ ǡ ݉݃݁݋݉݌௠ሺݏ݀ሻሽ, ݉ א ܰା (9)

przy czym ݉ jest liczebnością zbioru ࢓ࡳࡱࡻࡹ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania drogowego ݏ݀.

࢓ࡱሺݏ݀ሻ࢖ jest zbiorem miar związanych z kosztami opisanych jako:

(6)

przy czym ݊ jest liczebnością zbioru ࢓ࡱ࢖ሺݏ݀ሻ dla przebudowywanego skrzyżowania drogowego ݏ݀.

Problem postawiony w artykule pozwoli zbliżyć się do odpowiedzi na pytanie, czy typ skrzyżowania drogowego ma wpływ na warunki środowiskowe a tym samym czy jest to czynnik, który powinien być jednym z kryteriów doboru typu skrzyżowania drogowego w miastach.

3. METODYKA I REALIZACJA PRAC BADAWCZYCH

3.1. CHARAKTERYSTYKA BADANYCH OBIEKTÓW

I PROWADZONYCH BADAŃ

Mając na uwadze cel badawczy obiektami, dla których dokonano analizy warunków środowiskowych, są cztery typy skrzyżowań drogowych położone na wielopasowych ciągach ulic w Bielsku- Białej. Wybrano cztery różne typy skrzyżowań drogowych:

skrzyżowanie z wyspą centralną (SKWC) – skrzyżowanie ulic Warszawska – Sarni

Stok – Eugeniusza Kwiatkowskiego,

skrzyżowanie bez sygnalizacji świetlnej (SKBS) – skrzyżowanie ulic Warszawska –

Budowlanych – Trakcyjna,

skrzyżowanie z sygnalizacją świetlną (SKSS) – skrzyżowanie ulic Marszalka

Józefa Piłsudzkiego – Wyzwolenia,

rondo (SKR) – skrzyżowanie ulic PCK – Stefanii Sempołowskiej.

Dane wejściowe do analiz uzyskano na podstawie badań empirycznych wykonanych w ramach projektu [14]. Badania przeprowadzono w październiku 2014 roku (w dniach

1.10.2014 r. na skrzyżowaniu SKR; 2.10.2014 r. na skrzyżowaniu SKSS a także 7.10.2014 r.

na skrzyżowaniach SKWC i SKBS), przy dobrych warunkach atmosferycznych (bez opadów

deszczu). Na wszystkich skrzyżowaniach dopuszczony jest ruch pojazdów ciężkich, kursują autobusy i występują przejścia dla pieszych. Na jezdniach doprowadzających ruch do skrzyżowań obowiązuje ograniczenie prędkości do 50 [km/h].

Badaną cechą było natężenie ruchu pojazdów w interwałach 15 minutowych. Podczas badań wyróżniano następujące grupy rodzajowe pojazdów: samochody osobowe (SO), samochody dostawcze (SD), minibusy (MI), samochody ciężarowe bez przyczep (SC), samochody ciężarowe z przyczepami (SCP), autobusy (A), autobusy przegubowe (AP), motocykle (M), rowery (R) i inne (IN). W badaniach uwzględniano również strukturę kierunkową ruchu.

Do dalszych analiz wyznaczono godzinę szczytową. Wyniki przedstawiono w tablicy 1. W dalszych analizach uwzględniano natężenie pojazdów w godzinie szczytu popołudniowego, bowiem na wszystkich badaniach obiektach o tej porze zarejestrowano największe natężenie ruchu.

(7)

Tablica 1

Natężenie ruchu pojazdów w porannym i popołudniowym szczycie transportowym na badanych skrzyżowaniach drogowych

Typ skrzyżowania

drogowego

Poranny okres pomiarowy Popołudniowy okres pomiarowy

Godzina o największym natężeniu ruchu Natężenie ruchu w godzinie szczytowej Q [P/h] Godzina o największym natężeniu ruchu Natężenie ruchu w godzinie szczytowej Q [P/h] SKWC 700_{- 8}00 ₃₅₄₆ ₁₅00_{- 16}00 ₃₈₉₈ SKBS 700_{- 8}00 ₂₄₆₃ ₁₃00_{- 14}00 ₂₄₆₇ SKSS 700_{- 8}00 ₁₃₆₇ ₁₄30_{- 15}30 ₁₅₀₈ SKR 745_{- 8}45 ₂₁₄₀ ₁₅30_{- 16}30 ₂₃₆₇

3.2. METODYKA PROWADZONYCH ANALIZ

Metodykę prowadzonych analiz w celu zbadania wpływu typu skrzyżowania drogowego na warunki środowiskowe przedstawiono na rysunku 2.

W pierwszym etapie analizy zmierzającej do określenia wpływu typu skrzyżowania drogowego na warunki środowiskowe przeprowadzono badania empiryczne. Na ich podstawie wyznaczono godzinę o największym natężeniu ruchu, która jest podstawą prowadzenia analiz dla czterech wariantów:

wariant 1 dla pomierzonego natężenia ruchu z godziny szczytu,

wariant 2 dla wartości pomierzonego natężenia ruchu z godziny szczytu pomniejszonego o współczynnik 0,75,

wariant 3 dla wartości pomierzonego natężenia ruchu z godziny szczytu powiększonego o współczynnik 1,25,

wariant 4 dla takich samych wartości natężenia ruchu na wszystkich badanych typach skrzyżowań, dzięki czemu pomijany może być wpływ tego czynnika na warunki środowiskowe; przyjęto natężenie ruchu o wartości 225 [P/h] co według [18] odpowiada przepustowości skrzyżowania bez sygnalizacji przy największej rezerwie przepustowości dla PSR I (pierwszego poziomu swobody ruchu).

Tak zdefiniowane warianty analizy umożliwiły sprawdzanie jaki jest wpływ typu skrzyżowania a także natężenia ruchu na warunki środowiskowe. Zatem zbudowano modele mikroskopowe dla czterech typów skrzyżowań, które scharakteryzowano w pracy [1]. Na tym etapie przyjęto, że struktura rodzajowa ruchu pojazdów dla wariantów od 1, 2 i 3 jest określona na postawie badań empirycznych, a dla wariantu 4 wyliczona jako wartość średnia udziału poszczególnych grup rodzajowych pojazdów w ruchu na wszystkich zbadanych obiektach. Podobne założenie przyjęto w odniesieniu do struktury kierunkowej ruchu. Kolejny etap analizy to wyznaczenie charakterystyk z modeli symulacyjnych, którymi są średnie prędkości i czasy przejazdu oraz długości kolejek na wlotach dla każdej grupy rodzajowej pojazdów w okresie 1 godziny. Charakterystyki te są jednocześnie danymi wejściowymi do metody umożliwiającej ocenę warunków

środowiskowych przez emisję tlenków węgla (CO), tlenków azotu (NOX), węglowodorów

(HC) i cząstek stałych (PM). Wykorzystano europejską, analityczną metodę CORINAIR. W obliczeniach wykorzystano model średniej emisji drogowej COPERT [2].

(8)

Rys. 2. Metodyka prowadzonych analiz

4. WYNIKI BADAŃ

Wyniki prowadzonych badań przedstawiono na rysunku 3, na którym zestawiono

wyznaczone wielkości emisji tlenków węgla (CO), tlenków azotu (NOX), węglowodorów

(HC) i cząstek stałych (PM) dla wszystkich typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach natężenia ruchu drogowego (zgodnie z wariantami analizy przedstawionymi na rysunku 2).

Wartości emisji określano oddzielnie dla wlotów jak i wylotów skrzyżowań. Jednakże wyniki zaprezentowane na rysunku 3 obejmują łączną emisję na skrzyżowaniu tj. jej sumę na wlotach i wylotach.

Natężenie ruchu jest czynnikiem wpływającym na wielkość emisji, co jest zjawiskiem zupełnie naturalnym, bowiem im większa liczba pojazdów na analizowanym obiekcie tym większa wartość emisji. Można jednak zaobserwować, że zmiana wartości emisji w zależności od zmiany natężenia ruchu nie ma charakteru liniowego. Co więcej, zmiana o której mowa jest zależna również od typu skrzyżowania drogowego. Biorąc pod uwagę emisję tlenów węgla (CO), przy natężeniu ruchu mniejszym o 25% od pomierzonego/empirycznego natężenia ruchu, na skrzyżowaniu z wyspą centralną występuje spadek emisji o 29% a na rondzie o 40%.

Krok 1. Przeprowadzenie badań empirycznych Krok 2. Wyznaczenie natężeń ruchu w godzinie szczytu QE\

Krok 4. Opracowanie mikroskopowych modeli symulacyjnych Krok 3. Wyznaczenie natężeń ruchu pojazdów poddawanych analizie QA

Krok 3.1. Wyznaczenie natężeń ruchu pojazdów

poddawanych analizie QAo wartościach

wynikających z przeprowadzonych badań ruchu

Krok 3.2. Wyznaczenie natężeń ruchu pojazdów

poddawanych analizie QAtakich samych dla

wszystkich obiektów Analiza dla wariantu 1 QA=QE Analiza dla wariantu 2 QA=0,75QE Analiza dla wariantu 3 QA=1,25 QE Analiza dla wariantu 4 QA= QCONST

Krok 5. Pozyskanie wyników z modeli symulacyjnych wykorzystywanych w

metodach obliczeniowych do wyznaczania warunków środowiskowych

Krok 6. Wyznaczenie miar opisujących warunki środowiskowe dla wszystkich

(9)

a) b)

c) d)

Rys. 3. Wielkość emisji tlenków węgla (rys. a) węglowodorów (rys. b), tlenków azotu (rys. c) i cząstek stałych (rys. d) dla wszystkich typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach

natężenia ruchu drogowego

Natomiast przy natężeniu ruchu większym od zaobserwowanego o 25% odnotowano wzrost emisji na skrzyżowaniu z wyspą centralną o 46%, a na rondzie o 25%. Innym intersującym przypadkiem jest wpływ zmiany natężenia ruchu na zmiany emisji węglowodorów (HC). Na przykład na skrzyżowaniu bez sygnalizacji spadek natężenia ruchu drogowego o 25% od wartości pomierzonych przyczynił się do spadku emisji o 34%, a na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną o 28%. Natomiast wzrost natężenia ruchu o 25% w stosunku do wartości pomierzonych przełożył się na wzrost emisji węglowodorów o 46% na skrzyżowaniu bez sygnalizacji świetlnej, a na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną o 32%.

Jednakże odpowiedź na najistotniejsze z punktu widzenia celu artykułu pytanie, tj. czy typ skrzyżowania drogowego ma wpływ na warunki środowiskowe, daje analiza przy założeniu, że na wszystkich badanych typach skrzyżowań obserwuje się takie same wartości natężenia ruchu drogowego. W takiej sytuacji największe emisje tlenków węgla

(CO), tlenków azotu (NOX), węglowodorów (HC) i cząstek stałych (PM) występują na

skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną. Co więcej różnica wartości w emisji węglowodorów przez pojazdy przejeżdżające przez skrzyżowanie bez sygnalizacji świetlnej i rondo jest o 45% mniejsza niż przez pojazdy przejeżdżające przez skrzyżowanie z sygnalizacją świetlną. 14 317 20 080 29 306 2 965 6 558 9213 13 224 2 410 5 005 6961 8 880 3 512 9 215 15 399 19 254 2 405 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0.75 Q Qempiryczne 1.25 Q QCONST W ielk ość emisj i CO [g /k m]

Warianty analizy dla danego natężenia ruchu

Emisja CO dla poszczególnych typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach natężenia ruchu drgowego

skrzyżowanie z wyspą centralną skrzyżowanie z bez sygnalizacji świetlnej skrzyżowanie z sygnalizacją świetlną rondo

338 481 728 72 170 256 374 57 123 170 225 90 177 321 398 57 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.75 Q Qempiryczne 1.25 Q QCONST W ielk ość emisj i H C [ g /k m]

Emisja HC dla poszczególnych typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach natężenia ruchu drgowego

4 107 5 621 7 419 989 2 806 3 965 5 158 933 1 663 2278 2 873 1 052 2 122 3 107 3 843 928 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0.75 Q Q empiryczne 1.25 Q QCONST W iel k o ść emis ji N O x [g /k m]

Emisja NOx dla poszczególnych typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach natężenia ruchu drgowego

153 214 297 36 98 141 194 31 60 82 105 42 83 129 160 31 0 50 100 150 200 250 300 350 0.75 Q Q empiryczne 1.25 Q QCONST W ielk ość emisj i P M [ g /k m]

Emisja PM dla poszczególnych typów badanych skrzyżowań przy różnych wartościach natężenia ruchu drgowego

(10)

5. WNIOSKI

Proces projektowania infrastruktury wymaga prowadzenia analiz, których rezultatem musi być stosowanie rozwiązań optymalnych. Jednym z problemów w trakcie tego procesu jest dobór typu skrzyżowania drogowego. W artykule przedstawiono założenia ogólnego modelu doboru typu skrzyżowania drogowego. Model, o którym mowa ma charakter problemu decyzyjnego, a jednym z kryteriów przy wyborze typu skrzyżowania może być uwzględnienie czynników środowiskowych, bowiem przeprowadzona analiza wskazuje, że typ skrzyżowania drogowego ma wpływ na poziom emisji zanieczyszczeń generowanych przez pojazdy.

W artykule przedstawiono również metodę oceny wpływu typu skrzyżowania drogowego na warunki środowiskowe. Wyniki analiz przeprowadzone z wykorzystaniem omówionej metody wskazują, że najmniejszą emisję związków szkodliwych generują pojazdy przejeżdżające przez rondo. W porównaniu ze skrzyżowaniem z wyspą centralną można zauważyć zmniejszenie emisji: CO o około 19%, HC o około 21%, NOx o około 6% a PM o około 14% (przy założeniu, że na obu typach skrzyżowań odnotowuje się tą samą liczbę przejeżdżających pojazdów). Największą emisję tlenków węgla (CO), tlenków

azotu (NOX), węglowodorów (HC) i cząstek stałych (PM) generują skrzyżowania

z sygnalizacją świetlną.

Zatem zasadne wydaje się być uwzględnienie w metodzie doboru typu skrzyżowania drogowego w miastach czynników środowiskowych jako jednego z kryterium.

Bibliografia

1. Bańdura G.: Wpływ typu skrzyżowania drogowego na warunki środowiskowe. Praca dyplomowa magisterska. Promotor: Sobota A. Politechnika Śląska, Wydział Transportu. 2017.

2. European Environment Agency, EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2013, https://www.eea.europa.eu/ds_resolveuid/I092BPJ1SZ (odsłona: 17.04.2018).

3. Jacyna M.: Modelowanie i ocena systemów transportowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009.

4. Jacyna M.: Wybrane zagadnienia modelowania systemów transportowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009.

5. Jacyna M. i.in.: System Logistyczny Polski. Uwarunkowania techniczno-technologiczne ko modalności transportu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012.

6. Karoń G., Żochowska R.: Modelling of expected traffic smoothness in urban transportation systems for ITS solutions. Archives of Transport. 2015 vol. 33 issue 1, s. 33-45.

7. Karoń G., Żochowska R., Sobota A.: Selected aspects of the methodology for delimitation of the area of urban agglomeration in transportation models for the evaluation of its projects. Advanced solutions of transport systems for growing mobility. 14th Scientific and Technical Conference "Transport Systems. Theory and Practice 2017". Selected papers. Cham: Springer, 2018, s. 243-254.

8. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 459/2012 z dnia 29 maja 2012 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 715/2007 Parlamentu Europejskiego i Rady oraz rozporządzenie Komisji (WE) nr 692/2008 w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących z lekkich pojazdów pasażerskich i użytkowych Euro 6, (odsłona z dnia 29.07.2017).

9. Rudnicki A. i in.: Innowacja na rzecz zrównoważonego transportu miejskiego. Doświadczenia z realizacji projektu Unii Europejskiej CIVITAS-CARAVEL. Politechnika Krakowska. Kraków 2010.

(11)

10. Sobota A.: Przepustowość skrzyżowań drogowych o ruchu regulowanym sygnalizacją świetlną z wydzielonymi spod jej działania pasami dla relacji skrętu w prawo. Logistyka 2014 nr 3, s. 5865-5874.

11. Sobota A.: Analiza funkcjonalna czterowlotowych skrzyżowań położonych na wielopasowych ciągach ulic w warunkach nasycenia ruchem. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska. Rozprawa doktorska. Bydgoszcz 2012.

12. Sobota A., Karoń G.: Postrzeganie warunków ruchu miejskiego - płynność ruchu - wyniki badań ankietowych. W: Modelowanie podróży i prognozowanie ruchu. Kraków : Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczypospolitej Polskiej, Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej. Oddział w Krakowie; z. 148 Materiały konferencyjne; nr 90, s. 215-234. 2009.

13. Sobota A., Karoń G., Żochowska R.: Determinanty wyboru typu skrzyżowania drogowego w miastach na etapie projektowania. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, s. Transport. z. 98, 2013. 14. Sobota A., Karoń G., Żochowska R., Janecki R., i. in.: Praca naukowo-badawcza o sygnaturze NB

148/RT-5/13/14 pn. „Zintegrowany System Zarządzania Transportem na obszarze miasta Bielska-Białej, etap I - wykonanie Modelu Ruchu”. Politechnika Śląska Wydział Transportu Katedra Systemów Transportowych i Inżynierii Ruchu. Katowice – Bielsko-Biała, maj 2015.

15. Sobota A., Żochowska R., Karoń G.: Analiza zachowań komunikacyjnych użytkowników obiektów handlowo-usługowych. W: Polskie inwestycje transportowe. Doświadczenia, badania i przyszłość. Red. Andrzej Krych. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczypospolitej Polskiej. Oddział w Poznaniu. Poznań : Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczypospolitej Polskiej. Oddział w Poznaniu, 2017, s. 297-310.

16. Starowicz W.: Jakość przewozów w miejskim transporcie zbiorowym. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2007.

17. Szczuraszek T. i in.: Bezpieczeństwo ruchu miejskiego. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005.

18. Tracz M., i in. Metoda obliczania przepustowości skrzyżowań z sygnalizacją świetlną. GDDKiA, Warszawa 2004.

19. Trzaskalik T.: Wielokryterialne wspomaganie decyzji. Metody i zastosowania. PWE, Warszawa 2014. 20. Wasiak M.: Modelowanie przepływu ładunków w zastosowaniu do wyznaczania potencjału systemów

logistycznych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. s. Transport, z. 79. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2011.

21. Woch J.: Kształtowanie płynności ruchu w gęstych sieciach transportowych. Polska Akademia Nauk – oddział w Katowicach, Komisja Transportu. Wydawnictwo Szumacher, Kielce 1998.

22. Żak J.: Modelowanie procesów transportowych metodą sieci faz. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, s. Transport, z. 99. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2013. 23. Żochowska R.: Wielokryterialne wspomaganie podejmowania decyzji w zastosowaniu do planowania

tymczasowej organizacji ruchu w sieciach miejskich. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2015.

24. Żochowska R., Karoń G.: ITS services packages as a tool for managing traffic congestion in cities. Intelligent transportation systems - problems and perspectives. Eds. Sładkowski A., Pamuła W. Cham : Springer, 2016, s. 81-103.

25. Żochowska R., Karoń G., Janecki R., Sobota A.: Selected aspects of the methodology of traffic flows surveys and measurements on an urban agglomeration scale with regard to its projects. Recent advances in traffic engineering for transport networks and systems. 14th Scientific and Technical Conference "Transport Systems. Theory and Practice 2017". Selected papers. Cham: Springer, 2018, s. 37-49. 26. Żochowska R., Karoń G., Sobota A.: Modelowanie procesów decyzyjnych podróżnych w transporcie

publicznym. [w] Nowoczesny transport w obszarach zurbanizowanych. Materiały konferencyjne VIII Konferencji Naukowo-Technicznej nt. „Problemy komunikacyjne miast w warunkach zatłoczenia motoryzacyjnego”, Poznań – Rosnówko 15-17 czerwca 2011, pod. red. A. Krycha. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczypospolitej Polskiej, o. w Poznaniu, s. 113 – 144.

27. Żochowska R., Karoń G., Sobota A.: Zarządzanie kongestią w sieciach miejskich - wybrane aspekty. Logistyka 2014 nr 6, s. 11850-11861.

(12)

THE METHOD OF ESTIMATION OF INFLUENCE THE TYPE OF INTERSECTION INTO ENVIRONMENTAL CONDITIONS

Summary: Functioning of transport system is determine by the quality of service realized by infrastructure

of different transport branches. In case of road transport, very important are intersections. These objects are usually a bottleneck in the network. Therefore, the correct selection of the intersection type is really important in the planning and projecting process of infrastructure. So, decision problem have to be solved by the projectors, who have an influence on these process. But the selection of the intersection type is also the multi-criteria problem. Therefore the answer on the question like, does the intersection type have an influence on environmental conditions, have been presented in the article. For this purpose, the basic assumptions of the method of selections the intersection type, and results of the measurements realized at four type of intersection located on multilane arteries, have been presented in the article.