III - 8. Projektowanie sygnalizacji świetlnej

(rozdz. 12.4 str. 334 „Inżynieria ruchu”)

Elementy programu sygnalizacji:

• Program sygnalizacji podaje sekwencję sygnałów dla uczestników ruchu określoną przez: czas trwania cyklu, strukturę i splity - realizowaną przez pojedynczy sterownik.

• Plan sygnalizacji - harmonogram pracy programów sygnalizacji w zestawie skrzyżowań skoordynowanych wraz z przesunięciami fazowymi.

• Cykl sygnalizacji T [s] - jest to czas wyświetlania pełnej sekwencji sygnałów świetlnych, obejmujący minimalny powtarzalny uporządkowany zbiór sygnałów w programie sygnalizacji o określonej strukturze, zapewniający każdemu z uczestników ruchu co najmniej jednokrotne otrzymanie sygnału zielonego.

• Faza ruchu jest stanem ruchu na skrzyżowaniu, w którym przynajmniej jeden z potoków ruchu pojazdów lub pieszych ma dozwolony przejazd albo przejście przez skrzyżowanie.

• Faza sygnalizacyjna - czas obejmujący wszystkie sąsiadujące ze sobą przedziały sygnalizacyjne w których dla określonego zbioru strumieni ruchu nadawany jest sygnał zielony.

• Grupa sygnalizacyjna jest to zespół sygnalizatorów wyświetlających identyczne sygnały w programie sygnalizacji.

• Przedział sygnalizacyjny jest to przedział między dwoma kolejnymi punktami przełączeń, czyli momentów zmian co najmniej jednego sygnału w programie sygnalizacji.

• Grupy kolizyjne - para grup sygnałowych, które w określonym programie sygnalizacji nie mogą jednocześnie nadawać sygnału zielonego.

• Czas międzyzielony t_m [s] - czas między chwilami zakończenia i rozpoczęcia sygnałów zielonych dla dwóch wzajemnie kolizyjnych strumieni ruchu, z których pierwszy jest strumieniem ewakuującym się, a drugi wjeżdżającym lub wkraczającym.

• Punkt przełączeń - chwila w programie sygnalizacji, w której następuje zmiana co najmniej jednego sygnału.

• Sp1it określa podział cyklu na poszczególne fazy, wyraża się go zbiorem ilorazów czasów trwania poszczególnych faz do czasu trwania cyklu.

• Struktura programu jest to sekwencja faz sygnalizacyjnych cyklu z przyporządkowanymi strumieniami ruchu i grupami sygnalizacyjnymi.

Programy sygnalizacji sporządza się najczęściej w formie pasków; można również spotkać formę tabelaryczną i zegarową programów.

Rysunek ilustrujący definiowane terminy i inne elementy programu sygnalizacji.

`

Sporządzenie programu sygnalizacyjnego obejmuje:

1. zebranie danych wyjściowych do projektowania sygnalizacji i obliczeń przepustowości,

2. ustalenie liczby oraz kolejności faz i podfaz ruchu, tj. struktury programu, przez określenie grup strumieni ruchu, które będą jednocześnie uzyskiwały sygnał zielony wyświetlany przez grupę sygnalizacyjną,

3. obliczenie czasów ewakuacji dla pojazdów i pieszych,

4. obliczenie czasu trwania cyklu, poszczególnych faz i sygnałów,

5. sprawdzenie przepustowości,

6. obliczenie mierników efektywności.

Proces projektowania programu wymaga zebrania następujących danych:

1. wartości istniejących i prognozowanych natężeń ruchu - wraz ze strukturą rodzajową i kierunkową. Przydatne są również dane o krótkotrwałych, dziennych i tygodniowych wahaniach ruchu,

2. istniejące lub proponowane geometryczne rozwiązanie skrzyżowania z uwzględnieniem: szerokości wlotów oraz liczby i przeznaczenia pasów ruchu, długości stref akumulacji, promieni skrętu, przebiegu torowisk tramwajowych i przejść pieszych,

3. prędkości ruchu na wlotach,

4. o wypadkach na skrzyżowaniu,

5. innych danych do obliczeń przepustowości dotyczących: lokalizacji przystanków, parkowania, natężenia ruchu pieszego itd.

Wybór struktury programu jest punktem wyjściowym w procesie projektowania programu i jest często przeprowadzany w sposób iteracyjny - z uwzględnieniem struktury kierunkowej ruchu i ograniczeń geometrycznych. W pierwszej kolejności należy rozważyć sygnalizację dwufazową, która zapewnia największą ogólną przepustowość, a dopiero następnie rozważyć możliwe modyfikacje obejmujące wprowadzenie:

• podfaz dla strumieni pojazdów w lewo,

• pełnych faz dla: strumieni w lewo z przeciwległych wlotów (równocześnie) lub dla całych przeciwległych wlotów osobno, oraz innych kombinacji bezkolizyjnych faz i podfaz,

• sygnalizacji wielofazowej.

W dalszej kolejności należy rozważyć możliwości:

• zmian przeznaczenia pasów ruchu,

• wprowadzenie dodatkowych pasów,

• ograniczenie niektórych relacji,

• a nawet zmiany typu rozwiązania geometrycznego.

Programowanie sygnalizacji świetlnej jest ściśle związane z geometrycznym ukształtowaniem skrzyżowania. Dla realizacji przyjętego programu sygnalizacji niezbędne jest odpowiednie rozwiązanie geometryczne i odwrotnie,

Czasy ewakuacji

Bezpieczeństwo pojazdów i pieszych, przy zmianie faz zapewniają czasy międzyzielone t_m odpowiedniej długości, uwzględniające czasy ewakuacji pojazdów i pieszych kończącej się fazy ze strefy kolizji.

Długości cykli i sygnałów zielonych

Po ustaleniu liczby i kolejności faz ruchu, obliczeniu parametrów bezpieczeństwa ruchu oraz natężeń nasycenia wlotów można przystąpić do obliczenia długości cyklu i długości poszczególnych sygnałów. W obliczeniach tych należy uwzględnić niektóre ustalenia i ograniczenia podawane w Instrukcji:

• długości poszczególnych sygnałów powinny wynosić (niektóre ustalenia):

• sygnał żółty - 3 s,

• sygnał czerwony z żółtym - 2 s (dopuszcza się 1 s),

• sygnał zielony migający dla pieszych i dla rowerzystów - 4 s,

• sygnał biały migający w postaci kreski pionowej - przeznaczony dla kierujących tramwajami i biały w postaci dwóch kresek - przeznaczony dla pojazdów komunikacji publicznej poruszających się po wydzielonych pasach ruchu - 3 s,

• długości sygnałów zielonych i innych zezwalających na ruch nie powinny być krótsze niż:

• 9 s dla pojazdów,

• 8 s dla tramwajów, autobusów i innych pojazdów komunikacji publicznej na liniach stałych,

• 6 s dla pojazdów komunikacji publicznej na liniach wykorzystywanych nieregularnie,

• 100% czasu przejścia pieszych przez całe przejście przy prędkości pieszego równej 1,4 m/s,

• 100% czasu przejazdu rowerzystów przez skrzyżowanie przy prędkości 2,8 m/s.

W szczególnych przypadkach instrukcja dopuszcza skrócenie sygnału zielonego dla pojazdów do 8 s, a dla pieszych i rowerzystów do 75% czasu przejścia i przejazdu. WPU zalecają uwzględnianie osób niepełnosprawnych, którym powinno się zapewniać przyjście z prędkością 0,5 m/s do miejsca azylu w czasie sygnału zielonego.

Wśród metod obliczania długości cyklu można wyróżnić dwa charakterystyczne podejścia, w których:

• długość cyklu oblicza się według wzoru minimalizującego straty czasu pojazdów na skrzyżowaniu (metoda RRL, kanadyjska, australijska i metoda amerykańska SOAP),

• wychodzi się z minimalnej długości sygnału zielonego fazy ze względu na ruch pieszy, lub stopień obciążenia i zmierza do obliczenia minimalnej długości cyklu (inne metody amerykańskie).

Na przyjęcie długości cyklu większej od optymalnej mogą wpłynąć długości przejść pieszych oraz wymogi koordynacji sygnalizacji na sąsiednich skrzyżowaniach.

Sygnał zielony może być podzielony na fazy różnymi metodami:

• proporcjonalnie do wartości stopni nasycenia y_i,

• przez analizę prawdopodobieństwa obsługi pojazdów w okresie sygnału zielonego,

• minimalizację strat czasu,

• uwzględnienie długości kolejek pojazdów na krytycznych wlotach.

Najczęściej rozdział sygnału zielonego przeprowadzany jest według pierwszej z metod, po odjęciu od długości cyklu czasów traconych.

Kryteria konstrukcji programu

Opracowując program sygnalizacji należy mieć na uwadze główne jej cele:

• poprawę bezpieczeństwa ruchu,

• zapewnienie wymaganej przepustowości,

• minimalizację strat czasu.

Przedstawione kryteria poniekąd wykluczają się wzajemnie. Większe bezpieczeństwo ruchu zapewnia sygnalizacja wielofazowa, dająca mniejszą ogólną przepustowość (choć korzystniejsza dla relacji skrętnych) i większe straty czasu. Sygnalizacja dwufazowa jest najbardziej efektywna ze względu na najkrótszy czas tracony w cyklu. Średnie straty czasu są mniejsze przy krótkich cyklach, które jednak charakteryzuje mniejsza ogólna przepustowość.

Badania kanadyjskie wykazały, że również zbyt długie sygnały zielone nie są korzystne, gdyż powyżej 40 s maleje wartość natężenia nasycenia.

Mierniki efektywności ruchu na skrzyżowaniu z sygnalizacją

Efektywność funkcjonowania skrzyżowania, w tym jakość warunków ruchu są oceniane przy użyciu mierników efektywności, które można podzielić na 3 grupy:

• związane z przepustowością:

• przepustowość C [E/h], rezerwa przepustowości ΔC [E/h],

• stopień obciążenia X = Q/C,

• prawdopodobieństwo rozładowania przeciążenia (przejazdu pojazdów dojeżdżających);

• związane z tworzeniem się kolejek pojazdów:

• średnie przeciętne straty czasu [s/E], [s/P],

• średnie straty zatrzymania [s/E],

• poziom swobody ruchu PSR (miernik jakościowy),

• liczba zatrzymań [z],

• kolejka pojazdów na początku sygnału zielonego (na końcu sygnału czerwonego) [P],

• średnia długość kolejki [P],

• maksymalna długość kolejki [P],

• maksymalna kolejka w okresie przeciążenia [P],

• średnie straty czasu pieszych [s/PS],

• straty czasu przypadające na osobę [s/O],

• łączne straty czasu i wynikające z zatrzymań [E/h];

• związane z oddziaływaniem na środowisko:

• zużycie paliwa [g/100 m], [1/100 km],

• emisje CO₂, CO, NO_X, CH [g/stop], [g/100 m],

• koszt emisji.

Wymienione mierniki mogą być obliczane dla: pasów ruchu, wlotu oraz całego skrzyżowania i wykorzystywane do klasyfikacji warunków ruchu według poziomów swobody (PSR).

4