POLITECHNIKA ŚLĄSKA W KATOWICACH
WYDZIAŁ TRANSPORTU
KATEDRA INŻYNIERII RUCHU

LABORATORIUM

PODSTAW INŻYNIERII RUCHU

WYZNACZANIE PRZEPUSTOWOŚCI

SKRZYŻOWAŃ Z SYGNALIZACJĄ ŚWIETLNĄ

Część 3

Numer ćwiczenia: 6
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.

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 można wyznaczyć ze wzoru:

∑

=

=

gr

n

j

j

gr

C

C

1

[P/h]

gdzie:
n

gr

- liczba pasów ruchu w grupie,

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

=

.

2.2. Przepustowość wlotu C

wl

Przepustowość wlotu skrzyżowania (C

wl

) – suma natężeń ruchu w poszczególnych

obliczeniowych grupach pasów na wlocie w stanie, gdy w jednej z grup natężenie osiągnęło
wartość przepustowości. Jest to przepustowość obliczona wg tzw. krytycznej obliczeniowej
grupy pasów na wlocie, nazywana też przepustowością sprowadzoną wlotu. Zmiana
struktury kierunkowej ruchu na wlocie wpływa na zmianę przepustowości wlotu
skrzyżowania.

Przepustowość sprowadzoną wlotu, wg tzw. krytycznej grupy pasów na wlocie, czyli grupy,
na której w miarę wzrostu ruchu na wlocie w pierwszej kolejności wystąpi stan nasycenia
ruchem, oblicza się ze wzoru:

















⋅

=

wl

gr

gr

wl

gr

wl

m

C

C

100

min

,

[P/h]

gdzie:
C

gr

- przepustowość grupy pasów na danym wlocie [P/h],

wl

gr

m

- udział natężenia ruchu przypadającego na pasy analizowanej grupy obliczeniowej

w stosunku do natężenia ruchu na całym wlocie wyrażony w [%],

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

3

wl

gr ,

min - poszukiwanie minimalnej wartości wyrażeń

















⋅

wl

gr

gr

m

C

100

dla wszystkich

obliczeniowych grup pasów gr na wlocie wl skrzyżowania [P/h].

Jeżeli na wlocie występuje jedna obliczeniowa grupa pasów ruchu, wtedy przepustowość
wlotu odpowiada przepustowości tej grupy pasów:

gr

wl

C

C

=

.

2.3.

Przepustowość skrzyżowania C

sk

Przepustowość skrzyżowania (C

sk

)

- suma natężeń ruchu w poszczególnych obliczeniowych

grupach pasów na wszystkich wlotach skrzyżowania w stanie, gdy w jednej z grup natężenie
osiągnęło wartość przepustowości. Jest to przepustowość wyznaczona na podstawie
przepustowości krytycznej obliczeniowej grupy pasów wybranej spośród grup pasów na
wszystkich wlotach, nazywana też

przepustowością sprowadzoną skrzyżowania. Zmiana

struktury kierunkowej ruchu na skrzyżowaniu wpływa na zmianę przepustowości
skrzyżowania.

Przepustowość sprowadzoną skrzyżowania, wg tzw. krytycznej grupy pasów na
skrzyżowaniu, czyli grupy, na której w miarę wzrostu ruchu na skrzyżowaniu w pierwszej
kolejności wystąpi stan nasycenia ruchem, oblicza się ze wzoru:

















⋅

=

sk

gr

gr

sk

gr

sk

m

C

C

100

min

,

[P/h]

gdzie:
C

gr

- przepustowość grupy pasów na skrzyżowaniu [P/h],

sk

gr

m

- udział

natężenia ruchu przypadającego na pasy analizowanej grupy obliczeniowej

w stosunku do natężenia ruchu na całym skrzyżowaniu wyrażony w [%],

sk

gr

,

min - poszukiwanie minimalnej wartości wyrażeń

















⋅

sk

gr

gr

m

C

100

dla wszystkich

obliczeniowych grup pasów gr na skrzyżowaniu [P/h].

2.4.

Stopień obciążenia X

Bardzo ważną miarą sprawności skrzyżowania jest stopień obciążenia X (stosunek natężenia
ruchu do przepustowości X = Q / C) wyznaczany dla obliczeniowych grup pasów, wlotów
oraz skrzyżowania.

Stopień obciążenia obliczeniowej grupy pasów wyznacza się ze wzoru:

gr

gr

gr

C

Q

X

=

[-]

gdzie:
Q

gr

- natężenie ruchu w obliczeniowej grupie pasów [P/h],

C

gr

- przepustowość obliczeniowej grupy pasów [P/h].

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

4

Stopień obciążenia wlotu wyznacza się ze wzoru:

wl

wl

wl

C

Q

X

=

[-]

gdzie:
Q

wl

- natężenie ruchu na analizowanym wlocie [P/h],

C

wl

- przepustowość wlotu [P/h].

Stopień obciążenia skrzyżowania wyznacza się ze wzoru:

sk

sk

sk

C

Q

X

=

[-]

gdzie:
Q

sk

- sumaryczne natężenie ruchu na skrzyżowaniu [P/h],

C

sk

- przepustowość sprowadzona skrzyżowania [P/h].

2.5.

Przepustowość praktyczna C

p

i rezerwa przepustowości

∆∆∆∆

C

p

Przeciążenie grupy pasów, wlotu lub skrzyżowania występuje, gdy

X > 1,0. Warunki

ruchu stają się jednak już trudne do zaakceptowania, gdy

X > 0.85 i zbliża się do 1,0. Dlatego

też w analizie sprawności skrzyżowania przyjmuje się często dopuszczalny stopień obciążenia

95

,

0

85

,

0

÷

=

d

X

. Konsekwencją przyjęcia wartości dopuszczalnego stopnia obciążenia jest

praktyczna przepustowość grupy pasów, wlotu lub skrzyżowania

C

p

, gwarantująca warunki

ruchu, które mogą być akceptowane przez większość uczestników ruchu.

Przepustowość praktyczną grupy pasów wyznacza się ze wzoru:

gr

d

gr

p

C

X

C

⋅

=

.

[P/h]

gdzie:
X

d

- dopuszczalna wartość stopnia obciążenia [-],

C

gr

- przepustowość obliczeniowej grupy pasów [P/h].

Rezerwa przepustowości praktycznej obliczeniowej grupy pasów wyznaczana jest ze wzoru:

gr

gr

p

gr

p

Q

C

C

−

=

∆

,

,

[P/h]

gdzie:
C

p,gr

- przepustowość praktyczna grupy pasów [P/h],

Q

gr

- natężenie ruchu w obliczeniowej grupie pasów [P/h].

Przepustowość praktyczną wlotu wyznacza się ze wzoru:

wl

d

wl

p

C

X

C

⋅

=

.

[P/h]

gdzie:
X

d

- dopuszczalna wartość stopnia obciążenia [-],

C

gr

- przepustowość wlotu [P/h].

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

5

Rezerwa przepustowości praktycznej wlotu wyznaczana jest ze wzoru:

wl

wl

p

wl

p

Q

C

C

−

=

∆

,

,

[P/h]

gdzie:
C

p,wl

- przepustowość praktyczna wlotu [P/h],

Q

wl

- natężenie ruchu na wlocie [P/h].

Przepustowość praktyczną skrzyżowania wyznacza się ze wzoru:

sk

d

sk

p

C

X

C

⋅

=

.

[P/h]

gdzie:
X

d

- dopuszczalna wartość stopnia obciążenia [-],

C

sk

- przepustowość sprowadzona skrzyżowania [P/h].

Rezerwa przepustowości praktycznej skrzyżowania wyznaczana jest ze wzoru:

sk

sk

p

sk

p

Q

C

C

−

=

∆

,

,

[P/h]

gdzie:
C

p,sk

- przepustowość praktyczna skrzyżowania [P/h],

Q

sk

- natężenie ruchu na skrzyżowaniu [P/h].

2.6.

Straty czasu

Pojazdy dojeżdżające do skrzyżowania ponoszą straty czasu na skutek czasowego

blokowania przejazdu spowodowanego obecnością sygnalizacji świetlnej. Wskutek
nadawania sygnału czerwonego pojazdy zatrzymują się i oczekują na możliwość opuszczenia
skrzyżowania w czasie sygnału zielonego. Z zatrzymaniami i startami czasu związana jest
nieodłącznie obecność kolejki pojazdów na wlocie. Straty czasu, liczba zatrzymań i długości
kolejek pojazdów są miarami bezpośrednio odczuwalnymi przez kierowców. Wyznaczenie
ich wartości umożliwia wyznaczenie innych, wtórnych miar oceny jakości rozwiązania
skrzyżowania z sygnalizacją świetlną i jego funkcjonowania, takich jak: zużycie paliwa,
emisja spalin, poziom hałasu, koszty ruchu itp.

Strata czasu (d) – dodatkowy czas potrzebny na przejechanie skrzyżowania z sygnalizacją
ś

wietlną w porównaniu z czasem przejazdu przez skrzyżowanie bez zakłóceń (bez

zatrzymania na wlocie). W ocenie warunków ruchu na skrzyżowaniu z sygnalizacją są
stosowane średnie ogólne straty czasu

d uwzględniające straty opóźniania przy dojeździe do

kolejki i straty zatrzymania pojazdu w kolejce.

Ś

rednie straty czasu dla obliczeniowej grupy pasów

d

gr

można oszacować odczytując wartości

z odpowiedniej krzywej na wykresie w zależności od:

X

gr

- stopień obciążenia obliczeniowej grupy pasów [-],

T

- długość cyklu sygnalizacji [s],

λ

=

G

e

/

T

- udział efektywnego sygnału zielonego

G

e

w cyklu sygnalizacji

T [-].

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

6

Ś

rednie straty czasu dla wlotu skrzyżowania są liczone według wzoru:

∑

∑

⋅

=

gr

gr

gr

gr

gr

wl

Q

Q

d

d

[s/P]

gdzie:
d

gr

- średnie straty czasu przypadające na pojazd w obliczeniowej grupie pasów [s/P],

Q

gr

- natężenie ruchu w obliczeniowej grupie pasów [P/h].

Ś

rednie straty czasu dla skrzyżowania są liczone według wzoru:

∑

∑

⋅

=

wl

wl

wl

wl

wl

sk

Q

Q

d

d

[s/P]

gdzie:
d

wl

- średnie straty czasu przypadające na pojazd na danym wlocie [s/P],

Q

wl

- natężenie ruchu na wlocie [P/h].

2.7.

Kolejki pojazdów K

p

i K

m

Długość kolejki (K) – stan kolejki wyrażony przez liczbę pojazdów, które zatrzymują się na
pasie ruchu z powodu wyświetlania sygnału czerwonego lub w celu przepuszczenia pojazdów
strumienia priorytetowego.

Długość kolejki wyrażana jest liczbą pojazdów i najczęściej jej wielkość rejestrowana

jest na początku (

kolejka maksymalna - K

m

) i końcu (

kolejka pozostająca - K

p

) sygnału

zielonego. Często, już po rozpoczęciu nadawania sygnału zielonego, kolejne pojazdy
dojeżdżają do końca kolejki, zwiększając odległość końca kolejki od linii zatrzymań. Kolejka
maksymalna obejmuje ten stan. Znajomość długości kolejek maksymalnych jest istotna przy
wymiarowaniu stref akumulacji dodatkowych pasów ruchu oraz przy projektowaniu
koordynacji sygnalizacji. Kolejki pozostające (świadczące o przeciążeniu wlotu) są ważną
miarą w ocenie jakości sterowania.

Długość kolejki pozostającej

K

p

oraz kolejki maksymalnej K

m

dla obliczeniowych grup pasów

można odczytać z odpowiednich wykresów w zależności od:

X

gr

- stopień obciążenia obliczeniowej grupy pasów [-],

T

- długość cyklu sygnalizacji [s],

λ

=

G

e

/

T

- udział efektywnego sygnału zielonego

G

e

w cyklu sygnalizacji

T [-].

2.8.

Klasyfikacja warunków ruchu

Ocena opisowa warunków ruchu na wlotach skrzyżowań opiera się na koncepcji

poziomów swobody ruchu. Poziomy te (PSR) wyznaczają kategorie warunków ruchu,
oceniane przez reprezentację populacji kierowców.

Poziom swobody ruchu to miara warunków ruchu, uwzględniająca odczucia i oceny
kierowców. Cały zakres zmienności warunków ruchu podzielony został na cztery kategorie.
Niekorzystne warunki ruchu (

PSR IV) należy odnosić zarówno do akceptowalności

Podstawy Inżynierii Ruchu – laboratorium

7

warunków ruchu przez kierowców, jak i możliwości ich dopuszczenia jako warunków
eksploatacyjnych skrzyżowania.

Ilościowe kryterium klasyfikacyjne warunków ruchu określa związek poszczególnych

poziomów swobody ruchu (

PSR) ze średnimi, ogólnymi stratami czasu pojazdów d, które

zależą od wielu zmiennych, m.in. od stopnia obciążenia obliczeniowej grupy pasów,
parametrów programu sygnalizacji na analizowanym skrzyżowaniu oraz od wpływu
sąsiednich sygnalizacji i jakości koordynacji.

Na podstawie poniższej tablicy klasyfikuje się warunki ruchu, przyjmując

PSR. Tak

ustalony

PSR określa warunki ruchu, stosownie do obliczonej wartości d, w obliczeniowej

grupie pasów, na wlocie lub na skrzyżowaniu w przyjętym okresie analizy o stałym dopływie.

Tablica. Graniczne wartości średnich strat czasu

d dla poszczególnych PSR:

PSR

Warunki ruchu

Średnia strata czasu d [s/P]

I

bardzo dobre

≤

20,0

II

dobre

20,1

÷

45,0

III

przeciętne

45,1

÷

80,0

IV

niekorzystne

> 80,0

W projektowaniu warunki ruchu na skrzyżowaniu powinny odpowiadać

PSR I

÷

III.

Poziom swobody ruchu IV może być dopuszczony wyjątkowo w sytuacji, gdy dla
istniejącego rozwiązania geometrycznego skrzyżowania projektuje się program sygnalizacji.
Przy

PSR IV straty czasu nie powinny przekraczać d = 100 s/P, a stopień obciążenia wartości

X = 1,0.

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Studenci wykonują ćwiczenia w następującej kolejności:

1.

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

2.

Obliczenie natężenia

Q

gr

oraz przepustowości

C

gr

obliczeniowych grup pasów.

3.

Obliczenie przepustowości wlotów -

C

wl

4.

Obliczenie przepustowości skrzyżowania -

C

sk

,

5.

Obliczenie stopnia obciążenia obliczeniowych grup pasów -

X

gr

, wlotów -

X

wl

oraz

skrzyżowania -

X

sk

,

6.

Obliczenie przepustowości praktycznej (

C

p,gr

,

C

p,wl

,

C

p,sk

) i rezerwy przepustowości

(

∆

C

p,gr

,

∆

C

p,wl

,

∆

C

p,sk

) obliczeniowych grup pasów, wlotów oraz skrzyżowania, przy

dopuszczalnym stopniu obciążenia

X

d

= 0,85.

7.

Wyznaczenie strat czasu dla obliczeniowych grup pasów -

d

gr

,

8.

Obliczenie strat czasu na wlotach -

d

wl

i na skrzyżowaniu -

d

sk

,

9.

Wyznaczenie kolejki pozostającej -

K

p

i kolejki maksymalnej -

K

m

dla obliczeniowych

grup pasów,

10.

Określenie PSR dla obliczeniowych grup pasów, wlotów i skrzyżowania.

4. LITERATURA

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