Seria: TRA N SPO RT z.46
2002 N r kol. 1571
Agnieszka LEŚNICKA
„PRZEPUSTOW OŚĆ A U TO STR A D Y ” - PROGRAM ANALIZUJĄCY PRZEPUSTOW OŚĆ AU TO STR AD
S treszczenie.W artykule przedstaw iony został napisany przez autorką niniejszego opracowania program , dokonujący analizy przepustow ości autostrad zgodnie z proceduram i HCM w oparciu o instrukcję w ydaną w 1995 r. przez GDDP.
“PRZEPUSTOWOŚĆ AUTOSTRADY” - PROGRAM ESTIMATING CAPACITY OF MOTORWAYS
S um m ary . The article contains a program created by the author that introduces analysis o f the transferability o f m otorw ays in com pliance w ith the Highway Capacity Manual procedures on the basis o f the 1995 instruction by GDDP.
1. WSTĘP
Program: „Przepustow ość autostrady” dokonujący analizy przepustow ości autostrad został napisany na podstaw ie wydanej w 1995 r. przez GDDP instrukcji: „Instrukcja obliczania przepustowości dróg I i II klasy technicznej (Autostrada i drogi ekspresow e)” . Instrukcja ta obejmuje w iele różnych typów analiz przepustow ościowych dla dróg istniejących i projektowanych, została dostosow ana do stosowanych w Polsce wartości prędkości projektowych oraz jednostek metrycznych, uw zględniono w niej również zmiany, jakie w latach 1992 - 94 w prow adzono do m etody HCM - 85.
2. OPIS M ETO D Y A N A LIZY PRZEPU STO W O ŚCI
A naliza przepustow ości autostrady m oże dotyczyć trzech aspektów. Pierw szy z nich dotyczy oceny w arunków ruchu na istniejącym lub projektowanym odcinku podstawowym autostrady, odcinku przeplatania, czy na obszarze wpływu w łączania, o znanej charakterystyce geom etrii drogi i natężeniu ruchu. A naliza ta zaw iera określenie poziom u swobody ruchu oraz w artości liczbow ych takich m ierników PSR (Poziom ów Swobody Ruchu), jak: gęstość ruchu i prędkość ruchu swobodnego w przypadku odcinka m iędzywęzłowego, gęstości ruchu i prędkości podróży w przypadku odcinka przeplatania
i obszaru wpływu włączania. Drugi związany je st z projektowaniem przekroju poprzecznego autostrady dla istniejących lub prognozow anych natężeń ruchu i zadanego rozwiązania sytuacyjnego w celu uzyskania wymaganego PSR. Trzeci dotyczy planowania przepustowości autostrad, które polega na określeniu potrzebnej liczby pasów ruchu dla zapew nienia zakładanego PSR.
W analizach przepustow ości dzieli się autostradę na trzy podstaw owe elementy składowe:
- odcinki m iędzyw ęzłow e - podstaw owe odcinki autostrady, - odcinki, na których odbyw a się przeplatanie,
- łącznice i ich połączenia z autostradą.
Odcinkiem podstaw owym autostrady je st odcinek, na którym ruch odbywa się w sposób niezakłócony w łączeniam i/w yłączeniam i pojazdów z/do potoku ruchu na autostradzie ani też manewrami przeplatania. Zakres wpływów obszarów w łączania i w yłączania zgodnie z m etodąH C M - 85 zilustrow ano na rys. 1.
odcinek m iędzyw ęzłow y
<
---
>< >, 750 m 50 m
\
<5 0 lV< 750 m v
50 m
<--- X — 750 m --->
odcinek m iędzyw ęzłow y <■
> od cin ek m iędzyw ęzłow y
< X --- .... >
750 m 50 m
M "...r
>50 ą i y 750 m v
750 m
<--- 50 m - x — >
< 50 przeplatanie <50 ^
Rys. 1. Zasięg w pływu włączeń i wyłączeń z autostrady oraz odcinków przeplatania Fig. 1. The extent o f the im pact o f inclusions and disconnections from m otorway and of
interlacing sections
D la poszczególnych elem entów składowych autostrady stosuje się osobne procedury obliczeniowe. A nalizę przepustow ości przeprow adza się również osobno dla każdej z jezdni odcinka podstawowego autostrady.
2.1. Podstawow e założenia m etody obliczeniowej
Punktem w yjścia do analiz przepustow ości są związki zachodzące m iędzy średnią prędkością podróży i natężeniem ruchu oraz gęstością ruchu, przy różnych prędkościach ruchu swobodnego, w tzw. idealnych warunkach drogowo - ruchowych [1]. W arunki te z punktu w idzenia przepustow ości są następujące:
- szerokość pasów ruchu w iększa niż 3,60 m,
- łączna szerokość pasa wolnego od przeszkód bocznych licząc od kraw ędzi skrajnego pasa ruchu je st w iększa od 1,80 m, przy czym bariery ochronne w pasie dzielącym nie s ą przeszkodam i bocznym i, natom iast maszty oświetleniowe, ściany oporowe i podpory w iaduktów nadal uznaw ane są za przeszkody boczne,
„Przepustowość autostrady” - program analizujący przepustowość autostrad
w potoku ruchu w ystępująjedynie sam ochody osobowe,
z autostrad korzystają jedynie kierowcy regularnie podróżujący i znający jej przebieg.
W procedurach obliczeniow ych zakłada się również: dobry stan nawierzchni, dobre warunki atm osferyczne oraz brak zakłóceń w ruchu przez zdarzenia drogowe. Zakłada się, że przepustowość w idealnych w arunkach drogowo - ruchowych przy zakresie prędkości od 76 do 102 km /h wynosi n a autostradzie 2200 E/h/pas.
Jako m ierniki definiujące PRS przyjęto prędkość odczuw aną przez kierow ców oraz gęstość ruchu charakteryzującą sw obodę w ykonywania m anew rów i bliskość innych pojazdów.
Rzeczywiste w arunki geom etryczno - ruchowe zw ykle ró żn ią się od założonych warunków idealnych. U w zględnienie w pływ u zm iany w arunków drogowo - ruchowych na przepustowość odbyw a się poprzez zastosow anie odpowiednich współczynników korygujących. W m etodzie HCM uw zględniany je st wpływ takich czynników, jak: prędkość mchu swobodnego, szerokość pasów ruchu i odległość przeszkód bocznych, obecność w ruchu pojazdów ciężkich, znajom ość drogi w populacji kierowców, rodzaj terenu, pochylenia i ich odległości oraz nierów nom iem ość ruchu w godzinie szczytu.
2.2. Procedura obliczeniow a
W m etodzie H CM - 85 podstaw ą obliczeń przepustow ości i oceny w arunków ruchu są natężenia ruchu w najbardziej obciążonych 15 m inutach Q i5max [ P /l5 min] godziny miarodajnej przeliczone n a natężenie obliczeniow e Qis [P/h] zgodnie z poniższym wzorem:
e , 5 = 4 - e 15max [p/h] ( i)
W praktyce Q 15 uzyskuje się poprzez podzielenie natężenia m iarodajnego Qm [P/h] przez współczynnik w ahań ruchu w godzinie szczytu kis:
ß 15 = % L [P/h] (2)
K \5
Przepustowość i natężenia krytyczne odcinków m iędzyw ęzłowych autostrad w rzeczywistych w arunkach drogowo - ruchowych oblicza się z następującego wzoru:
& = C . [P/h] (3)
gdzie:
Qki - natężenie krytyczne w rzeczyw istych warunkach drogowo - m chow ych dla PSR i w [P/h] w jednym kierunku,
(Q/Ci) - stosunek natężenia do przepustow ości dla P SR i,
C0 - przepustow ość w idealnych w arunkach drogowo - m chow ych w ynosząca 2200 [E/h/pas],
n - liczba pasów ruchu na autostradzie w jednym kierunku,
fp - w spółczynnik w pływ u szerokości pasów ruchu i odległości przeszkód bocznych, fc - w spółczynnik w pływ u sam ochodów ciężarowych i autobusów oraz rodzaju terenu
oraz spadków i ich długości,
fzd - w spółczynnik znajom ości drogi w śród kierowców.
W spółczynniki fp i fz(i s ą stabelaryzowane, natom iast w spółczynnik fc obliczany jest z następującego w zom :
fc \ + Pc{Ec - \ ) [-] (4) gdzie:
p c -u d zia ł sam ochodów ciężarowych i autobusów w ruchu [-],
Ec - ekwiw alentny w spółczynnik przeliczeniowy na pojazdy um owne dla samochodów ciężarowych i autobusów , ustalany według dwóch procedur: uproszczonej lub szczegółow ej.
Klasyfikacja w arunków ruchu n a odcinkach przeplatania je s t zw iązana ze średnimi prędkościam i jazdy pojazdów przeplatających i nie przeplatających się. Prędkość ruchu pojazdów przeplatających się V w i pojazdów nie przeplatających się Vn oblicza się ze wzoru:
gdzie:
Q - łączne natężenie w obszarze przeplatania [E/h], Qp - łączne natężenie potoków przeplatających się [E/h], n - liczba w szystkich pasów ruchu w obszarze przeplatania, lp - długość odcinka przeplatania [m],
a, b, c, d - stałe, zależne od typu ukształtow ania obszaru przeplatania (stabelaryzowane).
Podstawowymi kryteriam i oceny PSR dla obszarów wpływu w jazdów i zjazdów są jako miernik podstaw owy m aksym alna gęstość ruchu kw [E/km/pas] oraz jako miernik pomocniczy m inim alna prędkość V w [km/h]. Gęstość ruchu dla PSR od A do E oblicza się z następujących wzorów:
dla w jazdu z łącznicy 1 — pasowej w obszar włączania:
Q i2 — natężenie ruchu na 1 i 2 pasie ruchu autostrady [E/h], Q r - całkow ite natężenie ruchu na łącznicy [E/h],
1W; lz- całkow ita długość pasa w łączania, wyłączania [m].
Brak je s t w zorów obliczających gęstość ruchu, w przypadku gdy w ystępuje PSR F.
Przeciętne wartości prędkości podróży w obszarze łącznicy obliczane są za pomocą wybranych z grupy w zorów. W ybór odpowiedniego wzoru zależy od żądanego PSR oraz rodzaju ruchu (ciągły, nieciągły).
Szczegółowy opis m etody przeprow adzania analizy przepustow ości autostrad można znaleźć w publikacjach [ 1] i [2].
3. PROGRA M „PRZEPU STO W O ŚĆ A U TO STRA DY ”
Program „Przepustow ość autostrady” dokonujący analizy przepustowości poszczególnych podstawowych elem entów autostrady napisany został w Delphi 0,4 [3]. O gólny schemat blokowy tego program u przedstaw iono na rys. 2 .
VW,V„ = 2 4 + 80
[km /h] (5)
kw = 3,403 + 0,00456 ■ Qr + 0,00485 ■ Qn - 0,0128 • lw [E/km/pas] (6) dla w yjazdu na 1 - pasow ą łącznicę z obszaru wyłączania:
k w = 2,643 + 0,00534 Qx2 - 0 ,0 1 8 3 - lz [E/km/pas] (7) gdzie:
Strona tytułowa Start / W yjście
M enu główne program u
Przepustow ość odcinków m iędzyw ęzłow ych
Przepustow ość odcinków z przeplataniem
— '— '--- Przepustowość łącznic i połączeń z
drogą głów ną
J
. r i rW ybór sposobu w prow adzania danych
O bliczenia
W ynik obliczeń
Pow rót do głównego m enu lub w yjście z programu
Rys.2. Schem at blokow y program u „Przepustow ość autostrady”
Fig.2. Diagram o f program “Przepustow ość autostrady”
3.1. M enu główne program u
W m enu głów nym program u m ożna dokonać w yboru jednej z trzech m ożliw ych opcji przeprow adzania obliczeń:
przepustow ości odcinków międzywęzłowych,
- przepustow ości odcinków, na których odbywa się przeplatanie, - przepustow ości łącznic.
Form ularz „M enu głów ne” przedstaw iony został na rys. 3.
jfi Przepustowość Autostrady , J O jx l
Obliczanie przepustowości odcinków międzywęzłowych
Obliczanie przepustowości odcinków z przeplataniem
Obliczanie przepustowości ł-ącznic i połączeń z drogą główną
Rys.3. Form ularz „M enu głów ne”
Fig. 3. Form „M enu głów ne” („m ain m enu”) 3.2. W prow adzanie danych
N iezbędne do przeprow adzania obliczeń dane m ożna wprowadzać w program ie tylko z klawiatury, baza danych znajduje się w trakcie tworzenia.
fi
Przepustowość Autostrady_ pgp, --- - ---
A <?
B r
c r
D r
E r
F r
P r ę d k o ś ć r u c h u s w o b o d n e g o [ k m /h ]
R e g u la r n i u ż y tk o w n ic y C
R u c h r e k r e a c y j n y C W z n ie s ie n ie C
S p a d e k C
R o d z a j
r ~ ~ u k s z ta ł to w a n ia ¡Płaski
te r e n u
P o c h y le n ie i [% ]
n , , i
^ W y n k |
U d z ia ł L ic z b a p a s ó w \ £
ru c h u ? . rr
A C
1 i£o»ii\uuy
bez przeszkód bocznych (•
jednottiorme C
obustronne C
p o j a z d ó w | c ię ż k ic h
D ł u g o ś ć | ... S z e r o k o ś ć
X W stecz | o d d n k a
jkm r* C m
p a s ó w ru c h u ¡3.75 N
w o d l e g ł o ś c i h ;
M
1
Ocena warunków ruchu - wyznaczenie poziomu swobody ruchu PSR
| O b s e r w o w a n e
i g o d z in o w e i n a t ę ż e n i e ru c h u
i [ P /h ] ;
P r ę d k o ś ć r u c h u s w o b o d n e g o [ k m /h ]
R o d z a j u k s z ta łto w a n i te r e n u
U
W z n ie s ie n ie S p a d e k
P o c h y le n ie
w
L ic z b a p a s ó w \ Z.
ru c h u { '
3 C
4
r
P r z e s z k o d y b o c z n e
b e z p r z e s z k ó d b o c z n y c h C
je d n o s t r o n n e C
o b u s tr o n n e C
R e g u la r n i u ż y tk o w n ic y C R u c h r e k r e a c y j n y C p o j a z d ó w 1
c ię ż k ic h [% ]
D łu g o ś ć i ... | o d c i n k a
k m i* C m
S z e r o k o ś ć ...
p a s ó w r u c h u 13.75 _▼]
[m]
w o d l e g ł o ś c i I :
N
1
X W stecz |Rys.4. W idok ekranu form ularza „W prowadzanie danych 1”
Fig.4. Form „W prowadzanie danych 1” („data introducing 1”)
W pisywanie danych dokonyw ane je st na osobnych form ularzach w zależności od tego, jaką opcję w ybraliśm y w m enu głównym. D la przykładu w niniejszym artykule umieszczono formularz „W prow adzanie danych 1”, na którym wpisywane są dane służące do obliczania przepustowości odcinków m iędzywęzłowych, przedstaw iony na rys. 4 oraz form ularz
„W prowadzanie danych 2” przeznaczony do w pisyw ania danych służących do obliczania przepustowości odcinków , na których odbyw a się przeplatanie, przedstaw iony na rys. 5.
Obliczanie przepustowości odcinków z przeplataniem
T yp obszaru
przeplatania B r c r
Natężenie ruchu I na relacjach w P /h ]
Udział sam ochodów ciężkich w [%]
15
D ługość odcinka
[m]
Odcinek położony płaskim
na terenie r
a r
górzystym C
- Przeszkody boczne — bez przeszkód bocznych <•
jednostronne obustronne
w odległości
[m]
Użytkownicy dróg
regularni użytkownicy <•
ruch rekreacyjny C
Szerokość pasów
ruchu [m] 3.75 U
Liczba pasów ruchu
Wstecz J ^ Wynik
Rys.5. W idok ekranu form ularza „W prowadzanie danych 2 ” Fig.5. Form „W prow adzanie danych 2” („data introducing 2 ”)
3.3. Obliczenia i prezentacja wyników
Po w pisaniu do odpow iednich form ularzy niezbędnych danych i w ciśnięciu przycisku wynik program dokonuje obliczeń, których rezultat pojawia się w oknie dialogowym. W oknie dialogowym „W ynik” znajdują się rów nież przyciski um ożliw iające pow rót do głównego m enu lub zakończenie pracy z programem .
4. PODSUM OW ANIE
Szybka realizacja program u budow y sieci autostrad w Polsce je s t jednym z najważniejszych problem ów, ja k ie sto ją w najbliższych latach przed polską inżynierią drogową i polskim drogownictwem . Zapew nienie finansow ania tych inwestycji je st spraw ą niezwykle istotną. W ażne są rów nież zagadnienia związane z analizą przepustow ości nowo powstałych i istniejących autostrad, dlatego program „Przepustow ość autostrady” analizujący przepustowość odcinków m iędzyw ęzłow ych i w ęzłów autostradowych m oże się okazać programem przydatnym nie tylko w pracy naukowej czy dydaktycznej.
Literatura
1. Instrukcja obliczania przepustow ości dróg I i II klasy technicznej (Autostrady i drogi ekspresowe). GDDP, W arszawa 1995.
2. Transportation research Board: Highway Capacity Manuał, Special Report 209, W ashington D.C., 1985.
3. Struzińska - W alczak A., W alczak K.: N auka oprogram ow ania wizualno-obiektowego.
W&W. 1998.
Recenzent: Dr hab. Tom asz Am broziak, prof. Pol. Warszawskiej
Abstract
One o f the m ost substantial task given to Polish traffic engineering in the near. Future is to quickly carry out the program m e o f construction o f the net o f motorways. Financial security o f such investm ent is vital. The issues connected w ith analysis o f transferability of newly-constructed as w ell as existing motorways is also important. That is why the program
“Przepustowość autostrady” w hich estimates the capacity o f intersection stretches and m otorways’ nodes can prove to be helpful not only in scientific or didactic work.
