Inżynieria ruchu drogowego jest dziedziną inżynierii zajmującą się badaniami procesów ruchu drogowego i praktycznym zastosowaniem wiedzy o ruchu w planowaniu, projektowaniu, realizacji i eksploatacji systemów transportu oraz urządzeń komunikacyjnych. Podstawowym celem inżynierii ruchu drogowego jest zapewnienie bezpiecznego, sprawnego i ekonomicznego przemieszczania się osób i towarów przy ograniczeniu ujemnego wpływu transportu na środowisko.

Podstawowe cechy IRD:

1. Systemowość - człowiek=pojazd=droga=człowiek

2. Empiryczność - większość praw i zasad rozwiązywania problemów wykryta została i sformułowana na podstawie obserwacji i badan ruchu oraz wypadków

3. Interdyscyplinarność - np. matematyczne modelowanie ruchu - matematyka; kinematyka i dynamika ruchu pojazdów, akustyka - fizyka; psychologia komunikacyjna - psychologia; skutki wypadków, wpływ hałasy i spalin na zdrowie - medycyna;

4. Sprzeczność celów

Obszar zainteresowań IRD:

1. Badania i analizy ruchu

1. Charakterystyka uczestników procesu ruchu

• Pojazd

• Człowiek

• Droga

1. Badania ruchu drogowego w skali makro

• Powstawanie ruchu

• Cel i powód podróży

• Zagospodarowanie terenu

• Transport zbiorowy

1. Badania ruchu drogowego w skali mikro

• Źródła i cele ruchu

• Natężenie ruchu

• Prędkości pojazdów

• Jakość ruchu

• Ruch pieszych

1. Analizy i interpretacje

• Metody statystyczne

• EMC specjalistyczne oprogramowanie narzędziowe

2. Organizacja i zarządzanie ruchem

1. Zarządzenia i przepisy dotyczące:

• Pojazdów

• Kierowców

• Pieszych

• Prędkości

• Parkowania

• Wyprzedzania

• Kierunków ruchu

2. Urządzenia i środki oddziaływania

Znaki poziome

• Znaki pionowe

• Sygnalizacja

• Kanalizacja

• Przejścia dla pieszych

3. Zabezpieczenia ruchu (robót)

• Bariery ochronne

• Zabezpieczanie robót drogowych

• Tymczasowa organizacja

3. Planowanie systemów transportowych

4. Projektowanie geometryczne dróg i ulic

5. Urządzenia postojowe

6. Prawodawstwo, administracja i nadzór ruchu

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; Dlaczego IRD jest empiryczną dziedziną wiedzy? IRD jest empiryczną dziedziną wiedzy ponieważ większość praw i zasad została wykryta i sformułowana na podstawie obserwacji i badań ruchu oraz wypadków; Na czym polega sprzeczność celów IRD? Podstawowym celem inżynierii jest zapewnienie bezpiecznego, sprawnego i ekonomicznego przemieszczania się osób i towarów przy ograniczeniu ujemnego wpływu transportu na środowisko. Te kryteria często są sprzeczne. Jeśli transport jest bezpieczny, może nie być sprawny; jeśli jest przyjazny dla środowiska, może być nieekonomiczny

Czynniki wpływające na zachowanie się uczestników ruchu:

1. Środowiskowe

1. Pogoda - wpływ na widoczność, przyczepność, ciśnienie atmosferyczne, wilgotność, temperaturę

2. Zagospodarowanie terenu

3. Geometria drogi

4. Obecność innych pojazdów

2. Fizjologiczne i fizyczne

1. Czas reakcji - przedział czasu upływający od momentu pojawienia się zewnętrznego bodźca, do momentu podjęcia akcji będącej właściwą reakcją na ten bodziec; Złożony czas reakcji: postrzeżenie bodźca - wybór właściwego bodźca - podjęcie odpowiedniej decyzji - właściwa reakcja;

2. Wzrok - umożliwia ocenę odległości, kształtu, koloru, wielkości; najszybciej dostrzeganym sygnałem świetlnym jest sygnał czerwony, następnie zielony i żółty; jeżeli chodzi o spostrzeżenie tablicy barwnej z odległości 75m najłatwiej dostrzec żółtą, następnie białą, czerwoną, niebieską, zieloną i czarną

3. Słuch - człowiek szybciej reaguje na bodźce dźwiękowe niż wizualne

4. Równowaga

3. Psychologiczne - mają wpływ na zachowanie się człowieka:

1. Motywacja podróży

2. Inteligencja - warunkuje możliwość przystosowania się użytkownika do danych warunków ruchu

3. Temperament

4. Doświadczenie i nawyki - nawyk to stadium samoczynnej koordynacji pomiędzy wzrokiem, słuchem i dotykiem a wykonywana czynnością motoryczną

5. Charakter - np. dokładność, odpowiedzialność, sumienność

6. Czynnik emocjonalne - np. zdolność koncentracji

7. Dojrzałość

Czynniki wpływające na czas reakcji:

1. Zmęczenie spowodowane brakiem snu, hałasem, długotrwałą koncentracja uwagi

2. Monotonia drogi

3. Niewygodna pozycja

4. Alkohol, narkotyki, leki

5. Choroby

6. Oświetlenie

7. Pora doby

Dostateczne pole widzenia

Prędkość pojazdu [km/h]	Odległość koncentracji wzroku [m]	Kąt widzenia pionowego [^0]	Kąt widzenia poziomego [^0]
0	75	~115	~160
32	250	~70	~110
96	540	~25	~40

Wnioski dotyczące użytkowników dróg:

1. Należy unikać projektowania dróg monotonnych

2. Tor jazdy powinien być wyznaczony jednoznacznie

3. Rozwiązania organizacji ruchu na drodze nie mogą zmuszać kierowcy do równoczesnego podejmowania kilku decyzji

4. Lokalizacja znaków musi uwzględniać ograniczenia kąta ostrego widzenia

5. Unikanie lokowania przy drogach reklam rozpraszających uwagę

6. Wielkość, kształt, kolor i liczba znaków powinny być zgodne z wymogami postrzegania

7. Oświetlenie drogi i ulic powinno charakteryzować się ciągłością i równomiernością

Przepustowość - teoretycznie określana największa liczba pojazdów jaka w określonych warunkach geometrycznych i ruchowych oraz w dogodnych warunkach atmosferycznych z zachowaniem bezpieczeństwa ruchu może przejechać przez określony przekrój jezdni; Przepustowość podstawowa (wyjściowa) - największa liczba pojazdów, jaka może w idealnych warunkach geometrycznych i ruchowych przejechać przez określony przekrój; Przepustowość projektowa (natężenie krytyczne) - największa liczba pojazdów, które mogą w ciągu godziny przejechać przez badany przekrój jezdni z zachowaniem warunków charakterystycznych dla wybranego poziomu swobody ruchu

Warunki ruchu drogowego - zespół czynników określających jakość sytuacja 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 oznaczonych dużymi literami od A do F, gdzie poziom swobody A odpowiada najlepszym, a F najgorszym warunkom ruchu.

Opisy ruchu w poszczególnych poziomach swobody ruchu:

A - ruch swobodny, duża swoboda wyboru prędkości i manewrowania

B - ruch równomierny, prędkość podróży i swoboda manewrowania ograniczone 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, a 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 następują tylko w przypadku gdy natężenie ruchu dojeżdżającego do danego przekroju drogi przekracza jej przepustowość. Mała prędkość, zatrzymania ruchu, zaś w skrajnych przypadkach natężenie i prędkość spadają do zera.

Procent czasu blokowania - jest określany jako średni procent łącznego czasu podróży w którym pojazdy jadąc w kolumnie ponoszą straty na wskutek braku możliwości wyprzedzenia;

Wpływ na przepustowość dróg:

1. Czynniki związane z geometrią drogi:

• Szerokość jezdni, liczba i szerokość pasów ruchu

• Szerokość poboczy, chodników, pasów zieleni

• Przeszkody boczne i ich oddalenie od krawędzi jezdni - np. podpory wiaduktu, barierki, drzewa

• Rozwiązanie jezdni (jednoprzestrzenna, dwie jezdnie)

• Dodatkowe pasy ruchu

• Przebieg drogi w planie i profilu

• Konfiguracja terenu określająca widoczność drogi

2. Czynniki związane z ruchem i jego organizacją:

• Struktura kierunkowa ruchu, obciążenie ruchem poszczególnych pasów ruchu

• Prędkość ruchu, warunki w jakich ruch się odbywa

• Wahania ruchu

• Parkowanie

• Organizacja ruchu na jezdni, oznakowanie poziome

• Obecność przystanków komunikacji zbiorowej, ich lokalizacja i rozwiązanie

• Kolizje z ruchem pieszych

• Obecność sygnalizacji świetlnej

• Struktura rodzajowa ruchu

Cztery grupy metod wyznaczania przepustowości:

Wyznaczenie przepustowości odcinków międzywęzłowych

Określenie długości odcinków przeplatania

Określenie przepustowości wlotów skrzyżowań niesterowanych

Przepustowość wlotów skrzyżowań sterowanych

Przepustowość skrzyżowań sterowanych - to liczba pojazdów które w pewnym przedziale czasu mogą przejechać przez to skrzyżowanie. Jest zależna od czasów otwarcia wlotów i od maksymalnej intensywności z jaką pojazdy mijają linie stop w czasie trwania sygnału zielonego; Intensywność nasycenia - to 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.

System zarządzania - systemem nazywamy zbiór elementów i wiążących je relacji przydatnych do opisu i kształtowania wybranego fragmentu rzeczywistości. System zarzadzania ruchem pojazdów to zbiór zintegrowanych metod i środków oddziaływania na ich ruch na podstawie informacji o jego aktualnym stanie i środowisku;

Cele zarządzania komunikacją zbiorową:

1. Poprawa punktualności i regularności kursowania pojazdów

2. Utrzymaniu ciągłości ruchu i wysokiej niezawodności działania

3. Zmniejszenie czasów podróży, a zwłaszcza oczekiwana i przesiadek

4. Zapewnienie pasażerom informacji o charakterze okresowym (np. rozkład jazdy) jak i bieżącej (czas przybycia i nazwa najbliższego przystanka, połączenia przesiadkowe, zakłócenia i przerwy w ruchu)

5. Podniesienie bezpieczeństwa pasażerów, skrócenie czasu usuwania skutków awarii, wypadków itp.

6. Ułatwienie pracy służbom eksploatacyjnym, zmniejszenie zmęczenie wywołanego żmudnymi czynnościami rutynowymi

7. Lepsze wykorzystanie taboru będącego w dyspozycji przedsiębiorstwa, zwiększenie zdolności przewozowej linii i sieci komunikacyjnej.

Zarządzanie ruchem pojazdów - sposób wykorzystania pojedynczych pojazdów aby osiągnąć cele sformułowane przez politykę transportową przedsiębiorstwa i miasta; Kryteria optymalizacji: - minimalizacja odchyleń od rozkładu jazdy, - maksymalizacja zysków, - reagowanie na sytuacje nietypowe (wypadki, zatory itp.); są dwie warstwy zarządzania ruchem pojazdów: wewnętrzna - realizowana przez służby ruchu przedsiębiorstwa komunikacyjnego, to znaczy działania dyspozytorskie - związane z rozmieszczeniem i przemieszczaniem taboru w czasie i przestrzeni, zewnętrzna - realizowana przez organizatora ruchu drogowego - związana z uprzywilejowaniem pojazdów komunikacji zbiorowej w sieci ulic

Symptomy zapaści ruchowej:

1. Zakorkowane ciągi ulic i rejony miast

2. Przepełnione parkingi i brak miejsc postojowych w centrach miast przy niezapełnionych parkingach w rejonach peryferyjnych

3. Nierównomierne wykorzystanie komunikacji miejskiej w różnych porach dnia

4. Ruch w poszukiwaniu miejsc do parkowania w obrębie śródmieścia

5. Wysoki stopień hałasu i emisji zanieczyszczeń w obszarach o dużym nasyceniu ruchem

6. Zła dostępność celów w mieście

7. Pogorszenie jakości funkcjonowania miasta

Przyczyny zapaści ruchowej:

1. Ograniczone możliwości inwestowania i przeznaczania terenu na cele komunikacyjne

2. Brak informacji lub niepełna informacja o ruchu

3. Rosnący ruch prywatny i służbowy

4. Zmiany w podejściu do ruchu w polityce komunikacyjnej władz miejskich

Przesłanki tworzenia systemów zarządzania

1. Niska atrakcyjność transportu publicznego

2. Nadmierne zatłoczenie dróg i ulic w miastach

3. Śladowe stosowanie systemów zarządzania ruchem w miastach

4. Wysoki stopień zanieczyszczenia powietrza i hałas

Podstawowe cele działania:

1. Unikanie zbędnych podróży

2. Rozgęszczanie ruchu, którego nie da się uniknąć

3. Zmniejszanie uciążliwości ruchu dla środowiska

Zadania dla realizacji celów:

1. Optymalna informacja dla użytkowników dróg (przed i w czasie podróży)

2. Zwiększenie efektywności sterowania ruchem (potoki pojazdów)

3. Poprawa infrastruktury drogowej

4. Polepszenie środków transportu publicznego

Przebieg prędkości v(t) to wykres zmian prędkości pojazdu w kolejnych chwilach czasu przejazdu przez dany odcinek drogi; Profil prędkości v(x) to wykres zmian prędkości pojazdu wzdłuż odcinka drogi, po którym porusza się pojazd; Rodzaje obserwacji ruchu drogowego: 1. Lokalna - obserwator stoi w miejscu, rejestruje pojazdy przekraczające przekrój jezdni; 2. Chwilowa - obserwator wykonuje zdjęcie pokazujące stan ruchu w danej chwili; 3. Ruchoma - obserwator przemieszcza się w czasie i przestrzeni; 4. Quazilokalna - dwa pomiary wykonywane obok siebie; 5. Quazichwilowa - dwa zdjęcia jedno po drugim lub zapis na kamerze; Parametr ruchu drogowego: to wielkość charakterystyczna dla procesu ruchu, na ogół będąca wartością zmienną, których zbiór tworzy próbę; Estymator ruchu drogowego: parametr obliczony z próby w celu scharakteryzowania populacji wyników, będący konkretną wartością, stosowany do prezentacji wyników;

Współczynniki przeliczeniowe pojazdów rzeczywistych i umownych 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);

Parametry opisujące wielkość strumienia w obserwacji chwilowej i lokalnej: 1. Chwilowej: - odstępy drogi między pojazdami: Δx; - strumień jednostkowy pojazdów: Ψxi(t); - liczba pojazdów: N(ti, xo, x1); - gęstość strumienia ruchu: k ; - koncentracja strumienia ruchu: Hti (x) [poj/m]; 2. Lokalnej: - odstępy czasu między pojazdami: Δt; - strumień jednostkowy pojazdów: Φxi(t); - liczba pojazdów: M(xi , to , t1); - natężenie strumienia ruchu: q; - intensywność strumienia ruchu:λ xi (t) [poj/s]; Parametry wykorzystywane do wyznaczania poziomów swobody ruchu: - gęstość ruchu [P/km/pas]; - średnia prędkość podróży [km/h]; - intensywność ruchu [P/h]; - procent czasu blokowania [%]; - prędkość ruchu swobodnego [km/h]; - wykorzystanie przepustowości

Wady i zalety sygnalizacji świetlnej: 1. Zalety: - podporządkowanie ruchu i ułatwienie jazdy kierowcom; - zwiększenie przepustowości wlotów; - zmniejszenie liczby wypadków niektórych rodzajów; - umożliwienie przejazdu pojazdów lub przejścia pieszym przez ulicę o dużym natężeniu; - zmniejszenie strat czasu; - zmniejszenie kosztów transportu; 2. Wady - wzrost strat czasu w okresach bardzo słabego ruchu; - wzrost liczby wypadków niektórego rodzaju; - zakłócenia ruchu w przypadku awarii sygnalizacji

Odcinek międzywęzłowy - odcinek autostrady, na którym ruch odbywa się w sposób niezakłócony włączaniem się do ruchu, wyłączaniem się z ruchu lub przeplataniem.

Związek prędkości odcinkowej i prędkości podróży:


, gdzie:


wartość średnia prędkości odcinkowej


wartość średnia prędkości podróży


wartość średnia wariancji prędkości podróży

Prędkość odcinkowa jest większa, oprócz sytuacji w której pojazd porusza się ze stałą prędkością

Związek między wartościami oczekiwanymi prędkości pojazdu 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 prędkości w obserwacji chwilowej

Parametry opisujące przemieszczanie się pojazdów w obserwacji lokalnej i chwilowej:

1. Obserwacja lokalna:

g_l(v) - funkcja gęstości prawdopodobieństwa rozkładu prędkości

G_l(v) - dystrybuanta rozkładu prędkości


- wartość oczekiwana prędkości strumienia


- średnia wartość prędkości (estymator)

2. Obserwacja chwilowa:

gm(v) - funkcja gęstości prawdopodobieństwa rozkładu prędkości

Gm(v) - dystrybuanta rozkładu prędkości


- wartość oczekiwana prędkości


- średnia wartość prędkości (estymator)

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

Zasada wyznaczania przepustowości odcinków międzywęzłowych:




gdzie:

f_q - współczynnik uwzględniający poziom swobody ruchu zależny od prędkości projektowej pożądanego poziomu swobody ruchu;

f_p - wpływ szerokości pasa i odległości przeszkód bocznych;

f_CA - współczynnik uwzględniający obecność samochodów ciężarowych i autobusów

f_zd - współczynnik znajomości drogi;

dla wielu n pasów ruchu w HCM:




C_ov = 2000 ^poj/_h dla v_proj ≥100 km/h - przepustowość wyjściowa

C_ov = 1900 ^poj/_h dla v_proj < 100 km/h - przepustowość wyjściowa

n - liczba pasów w jednym kierunku

Zasada wyznaczania przepustowości skrzyżowań sterowanych sygnalizacją:




S - intensywność nasycenia

g - efektywność sygnału zielonego

c - ilość cykli

Rysunek i interpretacja statycznej charakterystyki 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.

---