POLITECHNIKA ŚLĄSKA W KATOWICACH
WYDZIAŁ TRANSPORTU
KATEDRA INŻYNIERII RUCHU

LABORATORIUM

PODSTAW INŻYNIERII RUCHU

WYZNACZANIE PRZEPUSTOWOŚCI

SKRZYŻOWAŃ Z SYGNALIZACJĄ ŚWIETLNĄ

Część 2

Numer ćwiczenia:
Przedmiot: Podstawy inżynierii ruchu
Rok: II
Semestr: IV
Liczba godzin: 2

Katowice 2007

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

2

1.

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z obowiązującą w Polsce metodą obliczania

przepustowości skrzyżowań z sygnalizacją świetlną. Metoda ta została opracowana w
Politechnice Krakowskiej na zlecenie GDDKiA i weszła w życie w roku 2004. Umożliwia
ona wyznaczenie przepustowości pasów ruchu i ocenę warunków ruchu pojazdów na wlotach
skrzyżowań z sygnalizacją świetlną.

2.

WSTĘP TEORETYCZNY

2.1. Podstawowe pojęcia

Sygnalizacja świetlna – zestaw urządzeń służących do sterowania ruchem, obejmujący:
- urządzenie sterujące (sterownik),
- urządzenia wykonawcze (sygnalizatory wraz z konstrukcjami wsporczymi i instalacją
kablową),
- urządzenia detekcyjne (detektory, przyciski),
- urządzenia informacyjne (wyświetlacze prędkości),
- urządzenia transmisji danych (modemy, linie kablowe, radiowe urządzenia nadawczo-
odbiorcze),
- urządzenia pomocnicze (ekrany kontrastowe, sygnalizatory akustyczne i wibracyjne dla
pieszych).

Sygnał świetlny – jednoznacznie określona (barwą, ewentualnie zestawem barw, kształtem
lub sposobem nadawania) informacja przekazywana uczestnikom ruchu.

W sygnalizacji świetlnej używa się barw: czerwonej, zielonej, żółtej i białej.
W sygnalizacji świetlnej używa się dwóch sposobów nadawania sygnałów: ciągłego i
migającego z częstotliwością 2

±

0,50 Hz (120

±

30 przerw/min), przy czym stosunek czasu

nadawania sygnału do czasu braku sygnału powinien być jak 0,6 do 0,4.
Sygnały mogą być nadawane tylko w ustalonych, dopuszczalnych sekwencjach,
określających powtarzalną kolejność ich nadawania.

2.2. Klasyfikacja sygnalizacji

Podział ze względu na powtarzalność pracy:

-

cykliczna,

sygnalizacja, w której każdy realizowany program posiada swoją ustaloną sekwencje

faz, a opisująca je struktura programu jest powtarzana w każdym cyklu tego programu,

podział:

o

cykliczna stałoczasowa,

-

program sygnalizacji charakteryzuje się stała długością cyklu i niezmiennymi

długościami i kolejnością poszczególnych faz,

-

wyróżnia się sygnalizację cykliczną stałoczasową jedno- i wieloprogramową,

-

w sygnalizacji wieloprogramowej:

•

każdy program ma swoją ustaloną długość cyklu oraz długości i sekwencje

poszczególnych faz,

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

3

•

wybór programu może się odbywać zgodnie z ułożonym wcześniej

harmonogramem pracy (wybór zależny od czasu) lub w zależności od
wybranych charakterystyk ruchu (wybór zależny od ruchu),

o

cykliczna zmiennoczasowa (akomodacyjna),

-

ustalana jest pewna możliwa sekwencja faz, zaś czasy trwania wybranych faz

są zmienne (od 5 do n sekund) i zależą od chwilowych charakterystyk ruchu,

-

acykliczna,

sterowanie według dowolnie zmiennych sekwencji faz,

w pełni zależna od ruchu, fazy mogą być w niej tworzone na bieżąco (z pomijaniem

pewnych faz włącznie), a ich długość jest zmienna i zależy od określonych
charakterystyk ruchu,

-

wzbudzana,

charakteryzuje się pracą według następującego układu: stan ustalony

→

stan

wzbudzenia

→

stan ustalony,

stan ustalony:

o

ciągłe nadawanie na każdym sygnalizatorze ustalonego sygnału stałego lub

przerywanego,

o

możliwa jest sytuacja, gdy na pewnych sygnalizatorach sygnał nie jest nadawany w

ogóle,

o

może być nadawany sygnał ostrzegawczy lub sygnał czerwony na wszystkich

sygnalizatorach albo zielony dla określonych grup sygnalizacyjnych wzajemnie
niekolizyjnych i czerwony dla grup pozostałych,

stan wzbudzenia:

o

stan pracy sygnalizacji cyklicznej lub acyklicznej wywołany zgłoszeniem się co

najmniej jednego z wybranych strumieni ruchu,

po obsłudze wszystkich zgłoszonych strumieni sygnalizacja wzbudzana powraca do

stanu ustalonego lub, przy dużej liczbie zgłoszeń, przechodzi do pracy cyklicznej,

Podział ze względu na współpracę z innymi sygnalizacjami:

-

odosobniona,

sterująca ruchem w danym miejscu w sposób niezależny od jakiejkolwiek innej

sygnalizacji,

może również pracować w systemie sterowania ruchem i jest wówczas zależna od

centrum sterowania,

-

skoordynowana,

sterująca ruchem w sposób powiązany z pracą co najmniej jednej z sąsiadujących

sygnalizacji, polegający na zachowaniu założonych przesunięć fazowych (offsetów) na
kolejnych skrzyżowaniach,

wyróżnia się sygnalizację skoordynowaną:

o

liniowo – w przypadku wzajemnych powiązań sygnalizacji położonych w ciągu

komunikacyjnym,

o

obszarowo – w przypadku powiązań sygnalizacji w układzie sieciowym,

koordynacja sygnalizacji w ciągu lub w sieci realizowana jest według planów

sygnalizacji zawierających zestawy programów wraz z harmonogramem pracy oraz
charakterystyki wzajemnych powiązań czasowych sygnalizacji sąsiednich (zestawy
przesunięć fazowych),

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

4

sygnalizacja skoordynowana, której sposób pracy oraz charakterystyki realizowanych

programów określane są na bieżąco na podstawie ogólnej analizy w pewnym obszarze
jest sygnalizacją pracującą według algorytmu sterowania obszarowego zależnego od
ruchu.

2.3. Program sygnalizacji

Program sygnalizacji – określony w czasie sposób cyklicznego sterowania ruchem, opisany
w poszczególnych chwilach sterowania zestawem nadawanych sygnałów, zapewniający
obsługę wszystkich strumieni kolizyjnych przy zachowaniu warunków bezpieczeństwa.

Grupa sygnalizacyjna – wybrany zestaw sygnalizatorów lub jeden sygnalizator nadający w
każdej chwili sterowania jednakowe sygnały przeznaczone dla określonych strumieni ruchu.

Algorytm sterowania – uporządkowany zbiór poleceń opisujący sposób sterowania ruchem
na skrzyżowaniu z sygnalizacją akomodacyjną lub acykliczną w zależności od sytuacji
rzeczywistej.

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

Przedział sygnalizacyjny – czas pomiędzy dwoma kolejnymi punktami przełączeń.

Grupy kolizyjne – para grup sygnalizacyjnych, które w określonym programie sygnalizacji
nie mogą jednocześnie otrzymać sygnału zielonego.

Grupa nadzorowana – grupa sygnalizacyjna posiadająca zabezpieczenie takie, że w
przypadku braku sygnału czerwonego jednocześnie na wszystkich sygnalizatorach tej grupy
sygnalizacja zostaje automatycznie przełączona w tryb ostrzegawczy (sygnał żółty migający),
a w przypadku pojawienia się nieplanowanego sygnału zielonego na którymkolwiek z jej
sygnalizatorów, sygnalizacja zostaje automatycznie i natychmiast wyłączona całkowicie.

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

Cykl sygnalizacji - 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 - stan ruchu na skrzyżowaniu, w którym przynajmniej jeden z potoków ruchu
pojazdów lub pieszych ma dozwolony przejazd albo przejście przez skrzyżowanie.

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

Struktura programu sygnalizacji – uporządkowany zbiór faz sygnalizacyjnych.

Czas międzyzielony t

m

- 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.

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

5

Program sygnalizacji opisujący określony w czasie sposób sterowania ruchem powinien
spełniać wymagania dotyczące długości i sekwencji poszczególnych sygnałów nadawanych w
grupach sygnalizacyjnych, ich wzajemnych przesunięć w czasie oraz zabezpieczeń przed ich
błędnym nadawaniem.

WYMAGANIA FORMALNE

sygnały nadawane przez poszczególne sygnalizatory i przeznaczone dla określonych

strumieni ruchu mogą być nadawane tylko w określonych sekwencjach,

długości poszczególnych sygnałów powinny wynosić:

- sygnał żółty

- 3 s,

- sygnał czerwony z żółtym (i odpowiedniki)

- 1 s,

- sygnał biały migający w postaci kreski pionowej
przeznaczony dla kierujących tramwajami

- 3 s,

- sygnał biały w postaci dwóch kropek umieszczonych
poziomo przeznaczony dla kierujących autobusami

- 3 s,

- sygnał zielony migający dla pieszych i dla rowerzystów

- 4 s.

długości sygnałów zielonych w sygnalizacji stałoczasowej powinny wynosić co najmniej:

- 8 s

- dla pojazdów,

- 7 s

- dla tramwajów, autobusów i trolejbusów linii stałych,

- 6 s

- dla pojazdów komunikacji publicznej linii awaryjnych
(wykorzystywanych nieregularnie),

- 100% czasu przejścia pieszych przez całe przejście przy prędkości pieszego 1,4 m/s
(1,0 m/s – dla przejść uczęszczanych przez osoby z dysfunkcją ruchu lub na wózkach

inwalidzkich),
- 100% czasu przejazdu rowerzystów przez skrzyżowanie (jezdnię, torowisko) przy
prędkości 2,8 m/s,
- w sytuacjach szczególnie uzasadnionych dopuszcza się skrócenie sygnału zielonego,

w sygnalizacji akomodacyjnej strumienie ruchu poddane akomodacji powinny

otrzymywać sygnał zielony nie krótszy niż 5 s,

w sygnalizacji acyklicznej wszystkie strumienie ruchu powinny otrzymywać sygnał

zielony stosownie do zapotrzebowania, jednak nie krótszy niż 5 s,

w sygnalizacji cyklicznej każdy strumień ruchu powinien przynajmniej jeden raz w cyklu

otrzymać sygnał zezwalający na ruch.

2.4. Obliczenie natężenia nasycenia

Natężenie nasycenia (S) – maksymalne natężenie strumienia pojazdów, które mogą
przejechać linię zatrzymań danego pasa lub obliczeniowej grupy pasów, przy danych
warunkach ruchowych i drogowych w okresie godziny efektywnego sygnału zielonego.
Wartość natężenia nasycenia jest podawana w pojazdach rzeczywistych lub w pojazdach
umownych na godzinę sygnału zielonego ([P/hz] lub [E/hz]).

2.4.1.

Natężenie nasycenia pasa ruchu S

j

Zakres czynników i siła ich oddziaływania na natężenie nasycenia pasa ruchu zależą od
rodzaju i kolizyjności relacji korzystających z niego. Z tego powodu dla każdego rodzaju
relacji występujących na pasie ruchu należy stosować odpowiedni dla niej wzór.

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

6

Ogólna postać wzoru na natężenie nasycenia pasa ruchu :

t

a

w
j

j

f

f

S

S

⋅

⋅

=

[P/hz]

gdzie:

w
j

S

- natężenie nasycenia pasa ruchu j uwzględniające czynniki geometryczne, kolizyjność

relacji i strukturę rodzajową ruchu,

f

a

- współczynnik korygujący uwzględniający przystanek autobusowy,

f

t

- współczynnik korygujący uwzględniający przystanek tramwajowy.

UWAGA! W rejonie analizowanych na zajęciach skrzyżowań nie będzie zlokalizowanych
przystanków

autobusowych

ani

tramwajowych.

Stąd

wartości

współczynników

uwzględniających wpływ tych czynników na natężenie nasycenia pasa ruchu należy przyjąć:
f

t

= 1,0 oraz f

a

= 1,0.

Jeżeli z pasa ruchu korzysta tylko jedna relacja (wydzielony pas ruchu), natężenie nasycenia
takiego pasa równe jest natężeniu nasycenia relacji na tym pasie:

rj

w
j

S

S

=

[P/hz]

Na wlotach skrzyżowań bardzo często stosuje się wspólne pasy ruchu dla dwóch lub trzech
relacji. Natężenie nasycenia wspólnego pasa ruchu oblicza się ze wzoru:

Pj

Pj

Wj

Wj

Lj

Lj

w
j

S

u

S

u

S

u

S

+

+

=

1

[P/hz]

gdzie:
S

Lj

, S

Wj

, S

Pj

- natężenie nasycenia na analizowanym j-tym pasie odpowiednio relacji:
w lewo, na wprost i w prawo,

u

Lj

, u

Wj

, u

Pj

- udział natężenia odpowiednio

relacji: w lewo, na wprost i w prawo

w natężeniu

pasa ruchu [-].

UWAGA! Na zajęciach wielkości natężeń nasycenia relacji na poszczególnych pasach
skrzyżowania (S

Lj

, S

Wj

, S

Pj

), będą danymi wejściowymi (dostarczonymi przez prowadzącego).

2.4.2.

Natężenie nasycenia obliczeniowej grupy pasów S

gr

Jeżeli obliczeniową grupę pasów tworzy jeden pas ruchu, to natężenie nasycenia takiej grupy
równe jest natężeniu nasycenia pasa ruchu:

j

gr

S

S

=

Jeżeli obliczeniowa grupa pasów obejmuje więcej niż jeden pas ruchu, to natężenie nasycenia
oblicza się jako sumę natężeń nasycenia poszczególnych pasów ruchu:

∑

=

=

gr

n

j

j

gr

S

S

1

[P/hz]

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

7

2.5. Efektywny sygnał zielony

Efektywny sygnał zielony (G

e

) – długość ekwiwalentnego czasu, w którym pas ruchu jest w

pełni wykorzystany przez strumień mający zezwolenie na wjazd i w którym natężenie potoku
zjeżdżającego z tego pasa może być reprezentowane przez stałe natężenie nasycenia.

Ilustrację efektywnego sygnału zielonego przedstawiono na rysunku, który przedstawia
typowy, przeciętny profil intensywności rozładowania kolejki pojazdów, tzn. zjazdu
pojazdów w okresie sygnału zielonego przy utrzymującej się kolejce.

Rzeczywisty profil natężenia (cyklu w pełni nasyconego) zamienia się w modelu na prostokąt
o takiej samej powierzchni i wysokości mierzonej w środkowej części rzeczywistego profilu.
Ta wysokość jest przyjmowana jako natężenie nasycenia S, a odpowiadająca jej podstawa jest
długością efektywnego sygnału zielonego G

e

.

Czasy tracone na początku sygnału zielonego t

r

i na końcu sygnału żółtego t

z

zależą od

przebiegu ruchu strumienia i dlatego mogą być różne dla różnych strumieni. W uproszczeniu
można przyjąć:

(

)

z

r

e

t

t

Ż

G

G

+

−

+

=

[s]

W warunkach polskich przyjmuje się:

z

r

t

t

+

= 2s oraz Ż = 3s. Stąd efektywny sygnał

zielony wynosi:

1

+

=

G

G

e

[s]

Długość cyklu T dla sygnalizacji stałoczasowej dwufazowej wyznacza się jako suma
nadawanych sygnałów zielonych oraz czasów międzyzielonych.

2.6. Przepustowość pasa ruchu C

j

Przepustowość pasa ruchu (C

j

) – maksymalna liczba pojazdów, które mogą przejechać linię

zatrzymań pasa ruchu przy określonych warunkach: geometrycznych, otoczenia, ruchu i przy
określonym programie sygnalizacji w danym okresie z przeliczeniem na godzinę [P/h].
Analizowanym okresem jest zwykle 15 minut lub 1 godzina.

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

8

Przepustowość j-tego pasa ruchu oblicza się ze wzoru:

T

G

S

C

e

j

j

⋅

=

[P/h]

gdzie:
S

j

- natężenie nasycenia pasa ruchu j w [P/hz],

G

e

- efektywny sygnał zielony [s],

T

- długość cyklu sygnalizacji [s].

2.7.

Przepustowość obliczeniowej grupy pasów C

gr

Przepustowość obliczeniowej grupy pasów (C

gr

)

– maksymalna liczba pojazdów, które

mogą przejechać linię zatrzymań obliczeniowej grupy pasów ruchu przy określonych
warunkach: geometrycznych, otoczenia, ruchu i przy określonym programie sygnalizacji w
danym okresie z przeliczeniem na godzinę [P/h]. Analizowanym okresem jest zwykle 15
minut lub 1 godzina.

Przepustowość obliczeniowej grupy pasów oblicza się ze wzoru:

∑

∑

=

=

=

⋅















=

gr

gr

n

j

j

e

n

j

j

gr

C

T

G

S

C

1

1

[P/h]

gdzie:
S

j

- natężenie nasycenia pasa ruchu j (j = 1, ..., n

gr

) w [P/hz],

n

gr

- liczba pasów ruchu w grupie,

G

e

- efektywny sygnał zielony [s],

T

- długość cyklu sygnalizacji [s],

C

j

- przepustowość pasa j w [P/h].

Jeżeli obliczeniową grupę tworzy jeden pas ruchu, wtedy przepustowość grupy odpowiada
przepustowości tego pasa:

j

gr

C

C

=

.

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Studenci wykonują ćwiczenia w następującej kolejności:

1.

Narysowanie schematu skrzyżowania z oznaczeniem wlotów, pasów i obliczeniowych
grup pasów.

2.

Narysowanie układu faz dla sygnalizacji stałoczasowej dwufazowej.

3.

Skonstruowanie programu sygnalizacyjnego.

4.

Wyznaczenie natężenia nasycenia dla wszystkich pasów ruchu na skrzyżowaniu.

5.

Wyznaczenie natężenia nasycenia dla wszystkich obliczeniowych grup pasów.

6.

Wyznaczenie

efektywnego

sygnału

zielonego

dla

poszczególnych

faz

sygnalizacyjnych oraz długości cyklu.

7.

Wyznaczenie przepustowości wszystkich pasów ruchu.

8.

Wyznaczenie przepustowości obliczeniowych grup pasów.

4. LITERATURA

„Metoda obliczania przepustowości skrzyżowań z sygnalizacją świetlną” – instrukcja
obliczania. GDDKiA, Warszawa 2004.