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 că se impune o analiză minuţioasă

pentru identificarea parametrilor de mişcare a vehiculelor, parametrii ce depind de o serie de aspecte cum ar fi: direcţia de deplasare, alternanţa cererii de transport pe durata unei zile, localizarea arterei în teritoriu, tipul drumului şi zonei analizate.

Parametrii fundamentali folosiţi în managementul fluxurilor de trafic sunt dependenţi de conducătorul auto, vehicul şi caracteristicile geometrice ale drumului. Cei mai cunoscuţi parametri sunt:

1. tăria traficului rutier, q exprimată în vehicule etalon/oră/bandă de circulaţie; 2. densitatea traficului rutier, K exprimată în vehicule etalon/km/bandă de

circulaţie; 3. viteza, v, exprimată în km/h; 4. intervalele dintre autovehicule măsurate în timp sau în spaţiu. În legătură cu parametrul tăria traficului trebuie cercetată noţiunea de cerere de

trafic, care reprezintă volumul de trafic ce se produce într-o anumită amenajare rutieră, în anumite condiţii de deplasare.

Atunci când nu există restricţii, cererea este egală cu capacitatea de circulaţie. În cazul în care cererea depăşeşte capacitatea de circulaţie, rezultatul se concretizează în apariţia cozilor şi a blocajelor de circulaţie, iar tăria traficului măsurată va fi mai mică decât cererea.

În aplicaţiile din sistemele avansate de transport rutier trebuie făcută astfel, o distincţie clară între aceste două noţiuni. În scopul luării unor decizii optime, sistemele de avertizare şi de control al traficului necesită ca cererea să poată fi anticipată pe anumite porţiuni de drum şi la un anumit moment, nu doar volumele de trafic să fie cunoscute. De exemplu, în cazul în care automobiliştii sunt sfătuiţi să folosească o rută alternativă, trebuie să ştie că pe acea rută cererea nu depăşeşte capacitatea de circulaţie.

Din nefericire, însă, valorile cererii sunt foarte greu de obţinut prin măsurători directe. Metodele cele mai folosite sunt cele bazate pe cercetarea datelor aşa numite „istorice”, date deja înregistrate.

Volumele de trafic şi intervalele de timp dintre vehicule pot fi măsurate manual folosind operatori umani sau folosind o diversitate de echipamente dintre care tuburile pneumatice şi buclele inductive sunt cele mai cunoscute.

Buclele inductive detectează prezenţa vehiculelor prin schimbarea proprietăţilor electrice ale buclei atunci când o masă metalică (de exemplu un vehicul) trece peste ele. Buclele inductive raportează, 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 memorează şi ponderea timpului cât bucla a fost ocupată de vehicule (sau cât vehiculele au fost detectate). Astfel, dacă 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

PARTEA I - Managementul fluxurilor rutiere

Întrucât densitatea nu este măsurată în mod direct, sisteme video de colectare a datelor perfecţionate pot prezenta noi oportunităţi de înregistrare a numărului de vehicule într-o secţiune a drumului.

Inginerul sau specialistul de trafic trebuie să-şi dezvolte capacitatea de înţelegere a modului de operare în interiorul fluxurilor de trafic. În acelaşi 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 distribuţiilor statistice şi nicidecum numere absolute.

Analizele de trafic pot fi realizate fie la nivel microscopic, caz în care vehiculele sunt considerate entităţi individuale şi variabilele corespunzătoare 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 autostradă sau arterele coordonate din zonele urbane şi care nu sunt afectate de dispozitivele de control al traficului – semne sau semnale de circulaţie.

În cazul în care există astfel de dispozitive trebuie cercetaţi 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 determinaţi matematic sau estimaţi folosind parametrii măsurabili sau din analiza datelor deja înregistrate.

Parametrii traficului rutier pot fi incluşi în următoarele grupe de indicatori, astfel: • Indicatori de evaluare cantitativă care arată cât de mult sau care este

ponderea traficului care se deplasează sau aşteaptă să se deplaseze. Această categorie de mărimi include: volumele de trafic, cererea de trafic, intervalele de timp dintre vehicule.

• Indicatori de evaluare calitativă, 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 analiză 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 mişcare arată de unde şi încotro se deplasează fluxul de trafic.

• Indicatori de compoziţie/clasificare care arată ce fel de trafic se deplasează.

3.2.FORMAREA FLUXURILOR RUTIERE SAU CURENŢILOR DE CIRCULAŢIE Când un observator înregistrează în intervalul [0,t] un număr N(t) de autovehicule

care traversează o porţiune oarecare de drum, se poate vorbi despre un flux rutier sau un curent de circulaţie.

73


Când secţiunea drumului se referă la un drum cu mai multe benzi de circulaţie pe sens, observarea se referă la o singură 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 funcţie discretă;

( )tM~ - numărul de vehicule, ca o funcţie continuă (există derivata , ( )tN~ ( )dt

tM~d );

( ) ( )dt

tM~dtq = - intensitatea traficului rutier;

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 autostrăzi etc) şi ca urmare, se va studia desfăşurarea traficului rutier (a circulaţiei autovehiculelor) pe o anumită porţiune 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 măsură cantitativă temporală,

folosită pentru exprimarea unor indicatori foarte importanţi în ingineria de trafic: Media zilnică de trafic exprimată în vehicule per zi şi volumul orar sau intensitatea orară de trafic măsurat în vehicule per oră. Alte unităţi de măsură importante se referă 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 secţiune a drumului într-un interval de timp.

Unităţile de măsură folosite în analize sunt vehicule/interval de timp. Când intervalul de timp este de o secundă, se numeşte intensitatea traficului, iar când este de o oră se numeşte tărie orară sau volum orar.

Figura 3.3. Observaţii locale efectuate asupra fluxurilor de trafic.

Pentru a caracteriza valorile de trafic pe termen lung, se poate folosi volumul anual sau volumul zilnic.

Tăria orară a traficului, q poate fi calculată ca inversul intervalului mediu de timp, t dintre vehiculele unui flux rutier, măsurat în secunde per vehicul:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= ora

etalonvehiculet

3600q . (3.1)

75


Pentru o bună înţelegere a acestui parametru este utilă urmărirea traiectoriilor (liniile de mişcare) elementelor singulare (autovehicule) ale fluxului rutier care pot să se intersecteze, doar atunci când sunt posibile depăşirile.

Tăria traficului rutier poate fi determinată prin observaţii locale (figura 3.3) atunci când măsurătorile sunt efectuate se referă la o secţiune transversală precisă şi un anumit interval de timp definit. Acest tip de măsurătoare 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, ti iar, în cazul când nu se pot face astfel de măsurători, se poate calcula un interval de timp mediu, t cunoscând intervalul total de măsurare, T şi numărul de vehicule înregistrate în acest interval, astfel:

t1

tM1

1t

MTMq

iii

i====

∑∑. (3.2)

În ingineria de trafic, tăria sau intensitatea traficului măsurată sau estimată poate fi folosită în aplicaţii de tipul următor:

• Dezvoltarea modelelor de prognoză a traficului rutier; • Analiza datelor privind accidentele de circulaţie; • Determinarea locaţiilor pentru semnalizarea rutieră; • Dezvoltarea cerinţelor de proiectare pentru artere rutiere noi sau pentru

modernizarea celor existente; • Investigarea posibilităţilor 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 spaţiu.

Figura 3.4. Observaţii momentane efectuate asupra fluxurilor de trafic.

Mărimea este cunoscută şi sub denumirea de concentraţia traficului rutier, atunci când intervalul de spaţiu este unitatea şi reprezintă numărul de vehicule localizate pe o bandă de circulaţie pe lungimea specificată la un moment dat.

76


Măsurătorile care permit determinarea densităţii traficului rutier se mai numesc observaţii momentane (figura 3.4) şi sunt efectuate la un moment precis determinat asupra unui segment de drum.

Dacă măsurătoarea se efectuează prin simpla fotografiere a fluxului rutier, se poate afla, în mod direct, densitatea traficului, K prin simpla numărare a vehiculelor aflate pe porţiunea de drum analizată.

Pentru determinarea densităţii, în mod indirect, există două posibilităţi: • cunoscând intervalele spaţiale dintre vehicule, si sau intervalul mediu s :

s1

sN1

1s

NXNK

iii

i=

⋅===

∑∑ (3.3)

• cunoscând tăria 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 adimensională care arată ponderea (rata) timpului cât vehiculul este prezent într-un punct specificat de pe o bandă de circulaţie. Această mărime nu trebuie confundată cu gradul de ocupare al unui vehicul care se referă la numărul de persoane care se află într-un autovehicul.

Ocuparea benzii de circulaţie este măsurată adesea folosind anumite variante de detectori de prezenţă cum ar fi buclele inductive de detectare încorporate în îmbrăcămintea rutieră în accesele intersecţiilor semaforizate sau la aproximativ fiecare 500 m de-a lungul fiecărei benzi de pe autostradă.

3.2.3. Observaţii asupra vitezelor de circulaţie Calităţii fluxurilor de trafic poate fi apreciată în funcţie de distanţa parcursă de

acestea într-un anumit interval de timp. Mişcarea vehiculelor din flux este descrisă astfel cu ajutorul vitezei.

Figura 3.5. Observaţii 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 consideră 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 măsurată prin observarea atât în spaţiu cât şi în timp a mişcării (figura 3.5) şi este definită astfel:

12

120tti tt

xxlimdtdxv

12 −−

==→−

. (3.4)

Dacă se urmăreşte determinarea vitezei unui flux rutier (compus din mai multe vehicule având viteze diferite, dar apropiate) există mai multe posibilităţi de a calcula viteza medie a grupului de vehicule.

O primă valoare medie se calculează pe baza observaţiilor asupra vitezei obţinute de un observator staţionar (observaţie locală, linia orizontală din fig. 3.5) este numită viteză medie locală, tv :

∑=

=N

1i

lil v

N1v . (3.5)

Cea de-a doua valoare medie rezultă din vitezele vehiculelor observate pe o porţiune de drum de lungime X la un moment dat.

În figura 3.5 reprezintă tangenta unghiului format de traiectoria fiecărui vehicul cu linia verticală la momentul t.

O astfel de observaţie se poate obţine cu ajutorul unor fotografii aeriene făcute în momente apropiate pentru a obţine vitezele tuturor vehiculelor din prima fotografie. Aceasta măsurătoare se referă la viteza medie momentană:

∑=

=N

1i

mim v

N1v . (3.6)

O relaţie folosită pentru calculul acestei viteze este:

∑=

ii

m

tN1

Xv , (3.7)

unde ti este timpul necesar vehiculului i pentru a străbate distanţa X:

ii v

Xt = . (3.8)

Viteza medie momentană poate fi calculată ca medie armonică a vitezelor individuale ale vehiculelor ce străbat o porţiune de drum:

∑

∑∑∑⋅=

⋅===

ii

iii ii

i

x vN1

vX

N1

X

vX

N1

X

tN1

Xv . (3.9)

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

78


ddcm

ncvm

ci

Exemplu Se consideră o pistă circulară având lungimea L = 1 km. Primul vehicul parcurge bucla

cu viteza de 40 km/h în timp ce al doilea vehicul circulă cu viteza de 60 km/h. Viteza mediea celor două bucle este de 50 km/h.

h/km50h/km6021h/km40

21vt =⋅+⋅=

Timp de o oră, un observator fix va observa de 40 de ori primul vehicul şi de 60 de oricel de-al doilea vehicul, deci viteza medie în acest caz este 52 km/h. Astfel, observareavitezelor înclină în favoarea vehiculelor mai rapide deoarece aceste vehicule vor fi observate mai frecvent.

Ştiind că numărul total al înregistrărilor este (40+60=100). rezultă

h/km523616h/km6060h/km4040v1v ix =+=⋅+⋅=⋅= ∑ .
100100N i
3.2.4. Intervale dintre vehicule Intervalele dintre vehicule reprezintă parametrii cantitativi importanţi ai fluxurilor

e trafic, cu ajutorul cărora pot fi evaluate performanţele sistemului rutier sau nivelul e serviciu, precum şi eficienţa semnalelor de trafic şi a staţiilor de taxare. Ele pot fi onsiderate în mod diferit, funcţie de unitatea de măsură, ca intervale dintre vehicule ăsurate în unităţi de timp sau intervale măsurate în unităţi de spaţiu.

Intervalul de timp dintre vehicule, (t) este o măsură a intervalului de timp ecesar trecerii prin dreptul unui reper fix de pe marginea drumului a două vehicule onsecutive ale fluxului rutier, de exemplu de la bara faţă (sau bara spate) a primului ehicul la bara faţă (sau bara spate) a vehiculului urmăritor şi are ca unitate de ăsură secunda.

Figura 3.6: Intervalele de timp dintre vehicule

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

ntervalului de timp dintre vehicule:

79


• Golul temporal – intervalul de timp dintre vehicule, luând în considerare punctul cel mai din spate al vehiculului urmărit 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 aceluiaşi vehicul. Acest timp depinde de tipul vehiculului, dar şi de viteza de deplasare a acestuia.

Capacitatea de circulaţie a unui drum depinde în primul rând de prima componentă, golul temporal, pe care conducătorii auto îl aleg pentru a se simţi în siguranţă şi este dependent de timpul de reacţie şi de spaţiul de oprire al autovehiculului (dependent de performanţele 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, depăşirea vehiculelor, părăsirea unui flux rutier.

Măsura nivelului de serviciu este strâns legată de intervalele de timp dintre vehicule şi poate fi exprimată în două moduri:

• ponderea intervalului de timp în care un vehicul este forţat să urmărească un alt vehicul pe un drum cu două benzi de circulaţie;

• frecvenţa manevrelor de ajustare a vitezei de deplasare pe care le efectuează un conducător auto pentru a menţine un interval de timp minim faţă de vehiculul din faţă.

Intervalul spaţial sau distanţa dintre vehicule adesea numit interspaţiul, (notat s) (conform STAS 10144/5-89) reprezintă 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 spaţiu dintre vehicule

80


Interspaţiul poate fi considerat ca o vedere microscopică a densităţii. Diagrama spaţiu-timp din figura 3.7 arată cele două componente ale intervalelor de spaţiu dintre vehiculele care circulă pe un drum: lungimea vehiculului şi distanţa dintre vehicule (golul spaţial). Intervalele dintre vehicule, ca şi distribuţia lor statistică, sunt folosite pentru dezvoltarea modelelor de urmărire şi pentru investigarea stabilităţii fluxului rutier.

Acest parametru este folosit adesea pentru a caracteriza eficienţa unei amenajări rutiere şi pentru a evalua efectele „înainte – după” ale intervenţiilor operaţionale. Pentru a putea compara diferitele valori, este necesar ca acest parametru să fie calculat pentru fiecare direcţie de deplasare cât şi pentru momente ale zilei comparabile.

Măsura utilizată pentru acest parametru se referă la randamentul de trecere definit ca numărul de vehicul-kilometri de călătorie efectuaţi pe o anumită porţiune de drum, într-un anumit interval de timp. Se determină prin înregistrarea tăriei traficului pentru fiecare secţiune a unei artere situate între punctele de intrare şi ieşire.

81

Parametrii_traficului_rutier

Documents

Transcript of Parametrii_traficului_rutier