Jaki jest obszar zainteresowania IRD?

Inżynieria ruchu drogowego – dziedzina inżynierii zajmująca się badaniami procesów ruchu drogowego i praktycznym zastosowaniem wiedzy o planowaniu, projektowaniu, realizacji i eksploatacji systemów transportu oraz urządzeń komunikacyjnych, a zwłaszcza organizacją i sterowaniem ruchem. Celem jest zapewnienie bezpiecznego, sprawnego, ekonomicznego przemieszczania się osób i towarów przy małym wpływie transportu na środowisko.

Podstawowe cechy IRD:

• systemowość - na traktowaniu obiektu zainteresowań jako systemu, którego elementami jest człowiek, pojazd, droga.

• empiryczność,

• interdyscyplinarność,

• sprzeczność celów.

Obszar zainteresowań IRD:

• badania i analizy ruchu,

• organizacja i sterowanie ruchem,

• planowanie systemów transportowych,

• projektowanie geometryczne dróg i ulic,

• urządzenia postojowe,

• prawodawstwo, administracja, nadzór ruchu.

Czynniki wpływające na zachowanie się uczestników ruchu:

• środowiskowe:

  • pogoda,

  • zagospodarowanie terenu,

  • geometria drogi,

  • obecność innych pojazdów,

• fizjologiczne i fizyczne (zmysły),

• psychologiczne.

Czas reakcji – przedział czasu upływający od momentu pojawienia się zewnętrznego bodźca do momentu podjęcia akcji będącej właściwą reakcją na ten bodziec. Składa się na niego:

• postrzeżenie bodźca,

• wybór właściwego bodźca,

• podjęcie decyzji,

• reakcja.

Czynniki wpływające na czas reakcji:

• zmęczenie: brak snu, hałas, długotrwała koncentracja,

• monotonia

• niewygodna pozycja,

• alkohol, narkotyki, choroby, prochy

• oświetlenie

• pora doby.

Nawyk – stadium samoczynnej koordynacji pomiędzy wzrokiem, słuchem i dotykiem a wykonywaną czynnością motoryczną. Zachodzą na skutek długotrwałych, świadomych, permanentnych działań.

Wnioski dot. projektowania dróg:

1. należy unikać projektowania dróg monotonnych

2. jednoznaczny tor jazdy

3. rozwiązania organizacji ruchu nie mogą zmuszać kierowcy do podejmowania kilku decyzji naraz

4. lokalizacja znaków musi uwzględniać ograniczenia kąta ostrego widzenia

5. unikanie agresywnych reklam przy drogach

6. wielkość, kształt, kolor i liczna znaków zgodna z wymogami postrzegania

7. ciągłe i równomierne oświetlenie dróg i ulic.

Wyjaśnij pojęcie przepustowości

Przepustowość C największa liczba pojazdów, jaka może przejechać przez określony przekrój jezdni w danych warunkach geometrycznych, ruchowych, atmosferycznych z zachowaniem bezpieczeństwa ruchu.

Przepustowość podstawowa/wyjściowa – największa liczba pojazdów, jaka może w idealnych warunkach geometrycznych i ruchowych przejechać przez określony przekrój jezdni.

Przepustowość projektowa – największa liczba pojazdów, która może przejechać przez badany przekrój jezdni w ciągu godziny z zachowaniem warunków charakterystycznych dla wybranego poziomu swobody ruchu.

Określenie przepustowości

Warunki ruchu drogowego – zespół czynników określających jakość sytuacji drogowo- ruchowej , w której znajduje się użytkownik drogi.

Poziomy swobody ruchu – jakościowa zmiana warunków ruchu uwzględniająca odczucia kierowców i innych użytkowników drogi. Cały zakres warunków ruchu jest podzielony na 6 klas swobody ruchu oznaczonymi literami A-F.

Poziom swobody ruchu	Opis
A	Ruch swobodny, duża swoboda wyboru prędkości i manewrowania
B	Ruch równomierny – prędkość podróży i swoboda manewrowania ograniczona w niewielkim stopniu
C	Ruch równomierny, wybór prędkości wyraźnie ograniczony; manewry wymagają dużej uwagi ze względu na obecność innych pojazdów
D	Ruch nierównomierny, wybór prędkości i manewrów jest bardzo ograniczony. Komfort jazdy niski. Chwilowe wzrosty natężenia powodują zakłócenia ruchu
E	Ruch nierównomierny, natężenie ruchu odpowiada przepustowości drogi. Prędkość ustabilizowana na stosunkowo niskim poziomie. Manewrowanie odbywa się jedynie na zasadzie wymuszenia. Niewielki wzrost natężenia lub chwilowe zatrzymanie ruchu prowadzą do poważnych zakłóceń
F	Ruch wymuszony. Takie warunki ruchu występują w przypadku gdy natężenie ruchu dojeżdżającego do danego przekroju drogi przekracza jej przepustowość. Mała prędkość, ruch wymuszony, zatrzymania ruchu. W skrajnych przypadkach natężenie i prędkość spadają do zera.

Mierniki charakteryzujące poziom swobody ruchu

1. zależne od prędkości podróży: V_podr = E_m(v)

2. zależne od intensywności: λ = f(λ/C)

wg. HCM - 65

Według HCM – 85 przyjmuje się inne miary poziomu swobody ruchu:

1. procent czasu blokowania: procent czasu, w którym pojazdy jadąc w kolumnie ponoszą straty na skutek braku możliwości wyprzedzania; szacujemy, mierząc jaki procent pojazdów poruszą się w odstępach krótszych niż 5 sekund

2. średnia prędkość podróży (2 pas. 2 kier. idealne war. ruchu)

Procent czasu blokowania – średni procent łącznego czasu podróży, w którym jadące w kolumnie pojazdy ponoszą straty wskutek braku możliwości wyprzedzania. Poziom swobody ruchy to odstępy mniejsze niż 5 sec.

Na przepustowość dróg wpływają czynniki:

• związane z geometrią drogi:

  • - szerokość jezdni

  • - liczba i szerokość pasów ruchu

  • - szerokość chodnika, poboczy i pasa zieleni

  • - przeszkody boczne i ich oddalenie od pasa jezdni

  • - rozwiązanie przestrzenne

  • - dodatkowe pasy ruchu

  • - przebieg drogi w planie i w profilu (klasa techniczna drogi, prędkość projektowa, promienie łuków poziomych)

  • widoczność

• na wyprzedzanie związane z organizacją ruchu:

  • - struktura rodzajowa ruchu (zwłaszcza udział ruchu ciężkiego)

  • - struktura kierunkowa ruchu (obciążenie ruchem poszczególnych pasów)

  • - prędkość ruchu, zatrzymania, utrudnienia

  • - wahania ruchu (nierównośći)

  • - parkowanie (dowolne lub zakaz)

  • - organizacja ruchu na jezdni (oznakowanie itp.)

  • - obecność komunikacji zbiorowej (przystanki, ich rodzaje i usytuowanie)

  • - kolizje z ruchem pieszym

  • - organizacja świetlna

• pozostałe:

  • umiejętności, nawyki kierowców,

  • wielkość miasta

Metody wyznaczania przepustowości:

• wyznaczenie przepustowości odcinków międzywęzłowych,

• określenie długości odcinków przeplatania,

• określenie przepustowości wlotów skrzyżowań niesterowanych,

• określenie przepustowości wlotów skrzyżowań sterowanych- liczba pojazdów, które w pewnym przedziale czasu mogą przejechać przez to skrzyżowanie. Zależy od czasów otwarcia wlotów i od maksymalnej intensywności z jaką pojazdy mijają linię stop w czasie trwania sygnału zielonego.

Intensywność nasycenia – taka intensywność ruchu określona na linii stop, która byłaby osiągnięta, gdyby na wlocie ciągle istniała kolejka, a sygnał zielony przeznaczony dla tych pojazdów stanowił 100% długości cyklu.

Jak zmieniał się obszar zainteresowania IRD?

Na początku swej historii IRD zajmowała się planowaniem geometrycznym i projektowaniem ulic oraz organizacją ruchu celem uczynienia go bezpiecznym, dogodnym i ekonomicznym. W latach następnych IRD zajęła się również pomiarem ruchu, badaniem praw jego powstawania i wykorzystaniem nabytej w ten sposób wiedzy w jego organizacji. Obecnie obszar zainteresowania IRS objął również ograniczenie ujemnego wpływu ruchu na środowisko.

Co to jest przebieg prędkości?

Przebieg prędkości v(t) wykres zmian prędkości pojazdu w kolejnych chwilach czasu przejazdu przez dany odcinek drogi.

Co to jest profil prędkości?

Profil prędkości v(x) wykres zmian prędkości pojazdu wzdłuż odcinka drogi, po którym porusza się pojazd.

Prędkość podróży

Prędkość podróży v_t średnia z przebiegu prędkości. Efektywna prędkość pojazdu na danym odcinku.

,gdzie t_c – całkowity czas jazdy z wliczonym czasem zatrzymań

Prędkość odcinkowa

Prędkość odcinkowa v_x średnia z profilu prędkości (liczona na drodze). Średnia prędkość z jaką pojazd przejechał dany odcinek drogi z pominięciem czasu zatrzymań.

,gdzie t_j – czas jazdy z odliczeniem czasów zatrzymań

Podaj związek prędkości odcinkowej i prędkości podróży

gdzie:

wartość średnia prędkości odcinkowej

wartość średnia prędkości podróży

wartość średnia wariancji prędkości podróży

Która z prędkości, podróży czy odcinkowa jest większa? Kiedy będą równe?

prędkość odcinkowa jest większa, oprócz sytuacji, gdy pojazd porusza się ze stałą prędkością. Wtedy wariancja prędkości podróży = = .

Jakie znasz rodzaje obserwacji ruchu drogowego?

• Obserwacja lokalna obserwator stoi w miejscu, rejestruje pojazdy przekraczające przekrój jezdni

• Obserwacja chwilowa obserwator wykonuje zdjęcie pokazujące stan ruchu w danej chwili

• Obserwacja ruchoma obserwator przemieszcza się w czasie i przestrzeni

• Obserwacja quazilokalna dwa pomiary wykonywane obok siebie

• Obserwacja quazichwilowa dwa zdjęcia jedno po drugim lub zapis na kamerze

Co to jest parametr ruchu drogowego, a co estymator?

Parametr jest to wielkość charakterystyczna dla procesu ruchu, na ogół będąca wartością zmienną (np. V(x), V(t), λ(t), pozim hałasu, liczba wypadków), których zbiór tworzy próbę.

Estymator zaś to parametr obliczony z próby w celu scharakteryzowania populacji wyników, będący konkretną wartością, stosowany do prezentacji wyników lub tworzenia modelu systemu transportowego czy wnioskowania statystycznego. Estymatory to miedzy innymi: moda, mediana, wartość oczekiwana, średnia, wariancja czy odchylenie standardowe czyli momenty 1⁰ i 2⁰

(np., E(Q), E(M(x­­_i,t_o,t₁)))

Wymień parametry opisujące wielkość strumienia w obserwacji chwilowej i lokalnej

Parametry opisujące wielkość strumienia w obserwacji lokalnej:

• odstępy czasu między pojazdami: Δt

• strumień jednostkowy pojazdów: Φ_xi(t)

• liczba pojazdów: M(x_i , t_o , t₁)

• natężenie strumienia ruchu:

• intensywność strumienia ruchu:

Parametrami opisującym wielkość strumienia w obserwacji chwilowej są:

• odstępy drogi między pojazdami: Δx

• strumień jednostkowy pojazdów: Ψ_xi(t)

• liczba pojazdów: N(t_i , x_o , x₁)

• gęstość strumienia ruchu:

• koncentracja strumienia ruchu:

Wymień estymatory opisujące wielkość strumienia w obserwacji chwilowej i lokalnej

w obserwacji lokalnej

E( Φ_xi(t) )

E( M(x_i , t_o , t₁) )

E( Q )

w obserwacji chwilowej

E( Ψ_xi(t) )

E( N(t_i , x_o , x₁) )

E( Η )

Gdzie: E() wartość oczekiwana

Podaj związek i warunek jego obowiązywania między parametrami opisującymi wielkość strumienia, a ich estymatorami

Aby związki obowiązywały muszą być stacjonarne (jednorodne dla obserwacji chwilowych) czyli momenty 1⁰ i 2⁰ muszą być niezależne od czasu.

λ(t) = λ = const.

E( Φ_xi(t) ) = λ Δt

E( M(x_i , t_o , t₁) ) = λ t

E( Q ) = λ

k(x) = k = const.

E( Ψ_xi(t) ) = Η Δt

E( N(t_i , x_o , x₁) ) = Η t

E( K ) = Η

Stacjonarność strumienia w czasie stwierdzić można na podstawie:

- testów stochastycznych (test Wilcoxona).

- testów niezależności – jeśli wybrana cecha strumienia (np. odstępy między pojazdami) jest niezależna, tzn., że nie zależy od czasu, a więc strumień jest stacjonarny

- obserwacji funkcji strumienia od czasu Φ_xi(t) (lub Ψ_ti(x)) – strumień stacjonarny można aproksymować linią prostą.

Wymień parametry opisujące przemieszczanie się pojazdów w obserwacji lokalnej i chwilowej.

• Obserwacja lokalna

g_l(v) funkcja gęstości prawdopodobieństwa rozkładu prędkości

G_l(v) dystrybuanta rozkładu prędkości

wartość oczekiwana prędkości strumienia

średnia wartość prędkości (estymator)

• Obserwacja chwilowa

g_m(v) funkcja gęstości prawdopodobieństwa rozkładu prędkości

G_m(v) dystrybuanta rozkładu prędkości

wartość oczekiwana prędkości

średnia wartość prędkości (estymator)

Wymień związek pomiędzy wartościami oczekiwanymi (lub średnimi) prędkości pojazdów w obserwacjach chwilowych i lokalnych.

gdzie:

E_l(v) – wartość oczekiwana prędkości w obserwacji lokalnej

E_m(v) – wartość oczekiwana prędkości w obserwacji chwilowej

- wariancja wartości oczekiwanej predkości w obserwacji chwilowej

Które z wartości oczekiwanych prędkości strumienia pojazdów w obserwacjach chwilowych czy lokalnych jest większa? Kiedy będą równe?

Zgodnie ze wzorem

większa jest wartość oczekiwana prędkości w obserwacji lokalnej (o ile nie może być ujemne !nie o ile tylko nie może być ujemne bo coś do ² zawsze jest dodatnie!).

Podaj podstawowe równanie ruchu drogowego

λ = κE_m(v)

gdzie:

λ – intensywność strumienia ruchu

κ – koncentracja strumienia ruchu

E_m(v) – wartość oczekiwana prędkości w obserwacji chwilowej

Podaj związek pomiędzy intensywnością i koncentracją strumienia pojazdów

Związek między intensywnością i koncentracją strumienia pojazdów ujmuje fundamentalne równanie ruchu drogowego:

λ = κE_m(v)

gdzie:

λ – intensywność strumienia ruchu

κ – koncentracja strumienia ruchu

E_m(v) – wartość oczekiwana prędkości w obserwacji chwilowej

Co to jest i po co wprowadzono współczynniki przeliczeniowe pojazdów rzeczywistych i umownych?

Współczynniki przeliczeniowe wyrażają zróżnicowane własności techniczno-ruchowe różnych rodzajów pojazdów, w stosunku do samochodu osobowego, przyjętego za umowny pojazd porównawczy. Umożliwiają przeliczenie natężenie ruchu wyrażonego w pojazdach rzeczywistych(P) na natężenie w pojazdach umownych(E). Współczynniki te wprowadzone zostały, aby ujednolicić strukturę strumienia pojazdów, co umożliwia policzenie takich wielkości jak przepustowość. Zależą od cech strumienia cech zachowania pojazdów i ich parametrów (zajmowany obszar, przyspieszenie, liczba pasażerów, dynamika)

Narysuj i zinterpretuj statyczną charakterystykę strumienia pojazdów

Wraz ze wzrostem koncentracji ruchu κ maleje jego prędkość v. Koncentracja zmienia się w granicach od 0 (kiedy intensywność λ jest równa 0 i ruch nie występuje) do pewnej maksymalnej wartości κ_max (odpowiadającej sytuacji, gdy samochody stoją w korku, a prędkość jest równa 0). Pomiędzy tymi granicami znajduje się koncentracja optymalna κ_opt przy której występuje maksymalna intensywność strumienia λ_max, równa przepustowości drogi. Sytuacja ta zachodzi przy pewnej optymalnej prędkości v_opt. Przy większej koncentracji strumienia ruch jest wymuszony i odbywa się z mniejszą prędkością.

Warunki brzegowe:

λ=0 dla κ=0

λ=0 dla κ= κmax

v=v_c dla κ=0

v=0 dla κ= κmax

lim_x→0(dv/dκ)=0 lub lim_x→0(dλ/dκ)=V

Podaj równanie stanu i narysuj funkcję λ=f[E_m(v)], λ=f(k), E_m(v)=f(k).

λ = κE_m(v) równanie stanu

gdzie:

λ – intensywność strumienia ruchu

κ – koncentracja strumienia ruchu

E_m(v) – wartość oczekiwana prędkości w obserwacji chwilowej λ=f[E_m(v)

Natężenie podlega wahaniom:

- w przestrzeni

- w czasie

Wskaźniki natężenia ruchu pojazdów w przestrzeni:

- wielkość celów i źródeł ruchu

- wartość wskaźnika motoryzacji

- różne indywidualne potrzeby człowieka

- różny rodzaj zainwestowania terenu

Wahania ruchu w przestrzeni

- wielkość celów i źródeł leżących na trasie lub obok niej

- wielkość wskaźnika motoryzacji

- zamożność społeczeństwa

Rozkład ruchu w przestrzeni:

- natężenie ruchu w danym kierunku

- liczba pasów ruchu

- wpływ przeszkód bocznych

- liczba pojazdów na sąsiednim pasie ruchu

- liczba wolnojadących lub parkujących przy krawężniku pojazdów

- liczba włączeń i wyłączeń z trasy (dostępność trasy)

Ruch na pasie prawym uzależniony jest od:

- dopuszczenia zatrzymania

- użytkowania przez komunikację miejską

Brak oznakowania poziomego powoduje obciążenie pasa drugiego a nie wykorzystanie pasa trzeciego. Poszczególne obciążenie pasów jest uzależnione od struktury rodzajowej.

Pojazdy ciężarowe trzymają się pasa pierwszego rzadziej pasa drugiego.

Zmienność natężenia ruchu w czasie

Proces ruchu drogowego jest procesem stochastycznym. Wartość natężenia w czasie podlega pewnym prawidłowym wahaniom. Te wahania zależą od dwóch grup:

- zależnych od człowieka (różne potrzeby komunikacyjne w różnym czasie)

- niezależnych od człowieka (czynniki atmosferyczne ograniczające wielkość ruchu)

Wyróżniamy pięć analiz (czynniki wpływające na ruch):

1.) Zmiany zachodzące w latach

2.) Zmiany zachodzące w miesiącach lub porach roku

3.) Zmiany zachodzące w dniach tygodnia

4.) Zmiany zachodzące w godzinach doby

5.) Zmiany zachodzące w okresach kilkuminutowych w ciągu godziny.

Ad 1.)

Czynniki powodujące zmianę ruchu w cyklu wieloletnim:

- wzrost motoryzacji

- łatwiejszy dostęp do pojazdów

Ad 2.)

- zmiany natężenia ruchu w ciągu roku

- największe natężenie ruchu obserwuje się w miesiącach lipiec - sierpień

- najmniejsze wahania ruchu obserwuje się na drogach gdzie przeważa ruch ciężarowy

- w miesiącach jesiennych obserwuje się wzrost ruchu ciężarowego

- drogi o charakterze turystycznym, rekreacyjnym charakteryzują się największymi wahaniami ruchu w ciągu roku

Ad 3.)

- od poniedziałku do piątku natężenie ruchu na ulicach utrzymuje się na zbliżonym poziomie 12-16% ruchu tygodniowego

- w okresach sobota – niedziela występują duże wahania ruchu; ruch ciężarowy maleje; pora roku silnie oddziaływuje na wahania ruchu weekendowego.

Ad 4.)

- wykazują % największe wahania

- im mniejsze miasto tym ostrzejsze szczyty

Ad 5.)

Wskaźnik n-miunutowej nierównomierności ruchu

najczęściej – 15 minutowy wskaźnik nierównomierności ruchu

(0,25 - 1)

Najbardziej nierównomierny będzie wtedy gdy wszystkie pojazdy przejadą w ciągu 15 minut

Typowe wartości (0,85 – 0,95)

Mimo, że ruch kołowy jest procesem losowym, to możemy wyróżnić pewne prawidłowości. Niektóre z nich to:

- wahania ruchu w poszczególnych latach związane z zamożnością społeczeństwa i wielkością wskaźnika motoryzacji

- zmiany natężenia w ciągu roku

a) roczne potrzeby komunikacyjne w poszczególnych miesiącach

b) zróżnicowane warunki atmosferyczne

Największe natężenie ruchu na drogach zamiejskich obserwujemy lipcu i sierpniu. Powyższe powoduje zmniejszenie natężenia na ulicach miast, które nie są miastami tranzytowymi ani atrakcyjnymi turystycznie.

W przypadku miast o dużej atrakcyjności również w lipcu zauważa się wzrost natężenia.

W miastach średnie natężenie dobowe od listopada do maja jest mniejsze od średniorocznego.

W maju i październiku ruch dobowy jest zbliżony do średniorocznego.

Ruch ciężarowy charakteryzuje się najmniejszymi wahaniami.

Wzrost ruchu ciężarowego w miesiącach jesiennych wiąże się z transportem płodów rolnych.

Od poniedziałku do piątku w miastach ruch utrzymuje się mniej wiecej na tym samym poziomie.

Wahania w poszczególnych godzinach doby są najbardziej zróżnicowane. Głownie te wahania bierzemy pod uwagę. Charakter dobowych wahań ruchu zależy od dni tygodnia:

- dni robocze

- soboty

- niedziele

W miastach wyróżniamy generalnie dwa szczyty komunikacyjne.

- poranny

- wieczorny

Im mniejsze miasto, tym szczyt ostrzejszy i krótszy.

Miarodajne natężenie ruchu - natężenie n-tej godziny

24h * 365 = 8760 pomiarów

Przeciętny ruch miesięczny = 1/12 ruchu zanotowanego w ciągu roku

Średniodobowe natężenie ruchu dowolnego miesiąca

Przeciętny ruch tygodniowy = 1/52 globalnego ruchu zanotowanego w ciągu roku

Przeciętny ruch dobowy = 1/365 ruchu zanotowanego w ciągu roku

SRD, SRM = Q =

Przeciętny ruch godzinowy = 1/8760 globalnego ruchu zanotowanego w ciągu roku

α = 0,08 – 0,1 dla ulic

α = 0,087 – 0,146 dla dróg wylotowych

α – współczynnik wahań ruchu

	Średnioroczne Natężenie Dobowe
	7200
	A
Q1 (max)	2462
Q10	2106
Q20	1986
Q30	1892
Q50	1720
Q100	1506

Najczęściej projektujemy drogi dla 50. lub 80. godziny w roku.

Na czym polega układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym?

Jest to taki układ, w którym na urządzenie sterujące oddziałują wielkości sterujące w obiekcie

Wady świateł (zakładam ze sygnalizatorów).

WADY

- zwiększenie strat czasu

- wpływ na samopoczucie kierujących – denerwowanie ich

- pogarszanie ruchu w przypadku awarii sygnalizacji świetlnej

- koszty eksploatacji i utrzymania urządzeń oraz częsta aktualizacja programów

Zalety:

- porządkowanie ruchu

- zwiększanie przepustowości

- zmniejszanie liczby wypadków

- plus dla kierunków podporządkowanych, umożliwienie wjazdu

- zwiększenie efektywności ruchu

- zmniejszenie strat czasu na kierunkach podporządkowanych

- elastyczność dostosowania się do zmiennych potrzeb

- ułatwienia w przejeździe dla pojazdów kom zbiorowej i specjalnej

Sterowanie w systemach otwartych.
Układy sterowanie otwarte ( bez sprzężenia zwrotnego ) -bez możliwości wyeliminowania wpływu wielkości zakłócających na przebieg procesu   (urządzenie sterujące nie oddziałują wielkości sterujące w obiekcie)

Wielkości opisujące ruch

Miary ilościowe – natężenie, struktura kierunkowa, struktura rodzajowa, gęstość

Miary jakościowe – v podróży, v odcinkowa, straty czasu, możliwość wykonywania manewru, liczba zatrzymań, długość kolejki, gradient V, szum przyspieszeń, stopień nasycenia, wskaźnik zmienności prędkości, zmienność prędkości