Highway Capacity Manual. Глава 10. Приложение А. Метод быстрой оценки свойств регулируемых перекрестков

Содержание

10-6. Приложение А. Метод быстрой оценки свойств регулируемых перекрестков
10-6.1. Требования к входным данным
10-6.2. Определение режима левого поворота
10-6.3. Вычисление нагрузки на полосу
10-6.4. Оценка расписания сигналов
10-6.4.1. Разработка плана распределения фаз
10-6.4.2. Вычисление критической суммы
10-6.4.3. Оценка общих потерь времени
10-6.4.4. Оценка длительности цикла
10-6.4.5. Оценка эффективного времени зеленого сигнала
10-6.5. Вычисление критического показателя насыщения
10-6.6. Вычисление задержки

10-6. Приложение А. Метод быстрой оценки свойств регулируемых перекрестков

Ниже описан метод быстрой оценки критического показателя насыщения (отношения величины нагрузки к пропускной способности — Xc ), расписания сигналов и задержки на регулируемом перекрестке. Процедура может применяться при наличии минимального набора исходных данных для анализа, а также в тех случаях, когда достаточно только приблизительных результатов.
Метод быстрой оценки предусматривает выполнение шести шагов: сбор и компоновка исходных данных; определение режима левого поворота; вычисление нагрузки на полосу; оценка расписания сигналов; расчет критического показателя насыщения; вычисление средней задержки в расчете на автомобиль.

10-6.1. Требования к входным данным

Общие требования к входным данным суммированы на рис. 10-А1. Рабочая таблица входных значений показана на рис. 10-А2. Некоторые требования могут быть удовлетворены при обращении к значениям по умолчанию, представляющим определенные разумные оценки функциональных показателей. Другие данные специфичны для конкретной площадки и должны измеряться в полевых условиях. Назначение метода быстрой оценки состоит в устранении необходимости сбора подробных реальных данных.

Рис. 10-А1. Требования к входным данным для метода быстрой оценки параметров регулируемых перекрестков

Вычисления, выполняемые в процессе применения метода и находящие отражение в рабочих таблицах, предполагают использование значений по умолчанию для некоторых переменных. Значения были выбраны с учетом их репрезентативности и с целью упрощения анализа. Расчеты должны основываться на значениях нагрузки и параметрах конфигурации полос для каждого подъезда к перекрестку.
Рабочие таблицы для вычислений показаны на рис. 10-А2–10-А5. Первый шаг сопряжен с вводом в рабочую таблицу требуемой геометрической информации и значений всех параметров, связанных с нагрузкой. Уровень нагрузки на критические полосы (VCL ) и на левые повороты (VLT ) вычисляется так, как разъяснено ниже.

Рис. 10-А2. Рабочая таблица входных данных для метода быстрой оценки

10-6.2. Определение режима левого поворота

При формировании расписания сигналов с помощью метода быстрой оценки левые повороты с разрешением рассматривать нет необходимости. Поэтому отказ от привилегированных фаз левого поворота для потоков со значительной долей транспорта большой грузоподъемности обычно приводит к чрезмерно оптимистичной оценке критического показателя насыщения и других параметров функционирования перекрестка.
На рис. 10-А3 описана процедура определения того, следует ли в рамках метода быстрой оценки заменить левые повороты с разрешением на привилегированные аналоги. В подобной проверке адекватности режима нет потребности, если потоки, встречные по отношению к левому повороту, отсутствуют либо аналитик желает работать только с привилегированными левыми поворотами. А главное, проверка режима левого поворота не должна применяться как единственный инструмент определения необходимости использования фаз привилегированного левого поворота.
Даже если аналитику уже известно, что будут реализованы левые повороты с разрешением, проверку режима левого поворота все еще стоит провести, дабы удостовериться, что режим не противоречит предположениям, лежащим в основе метода быстрой оценки. Всякий раз, когда необходимо осуществить анализ перекрестка с левыми поворотами, который не удовлетворяет требованиям проверки режима левого поворота согласно рис. 10-А3, следует воспользоваться более полной методикой анализа, представленной в главе 16.
Определение предпочтительного режима левого поворота выполняется за четыре шага. Первый шаг рекомендует использовать привилегированный левый поворот, если на подъезде к перекрестку предусмотрено более одной полосы левого поворота. На втором шаге привилегированный режим рекомендуется в том случае, если некорректированное значение интенсивности потока на левый поворот превышает уровень 240 авт./час. На третьем шаге рекомендуется предпочесть привилегированный режим, если векторное произведение некорректированных значений нагрузки на левый поворот и на главное встречное направление превышает минимальные пороговые значения, указанные на рис. 10-А3. Под нагрузкой на главное встречное направление понимается суммарный трафик встречных прямого и правого направлений. Если обнаруживается, что геометрия противоположного подъезда позволяет автомобилям на текущем подъезде, поворачивающим влево, безопасно игнорировать встречный поток транспорта, поворачивающего вправо, то последний можно исключить из суммарной нагрузки. Подобная ситуация возникает там, где на противоположном подъезде существует выделенная полоса правого поворота, и автомобили, которые ею пользуются, въезжают на перекресток, не препятствуя транспорту, поворачивающему влево с рассматриваемого подъезда.
На завершающем шаге нагрузка на левый поворот сравнивается со средним количеством нарушителей, способных пересечь перекресток в течение фазы желтого сигнала, и привилегированный режим левого поворота рекомендуется использовать, если встречные потоки в достаточной мере велики, чтобы дать в результате значение коэффициента эквивалентности левого поворота (которое вычисляется далее), не меньшее 3.5.
Как только выявляется, что для текущего подъезда рекомендован привилегированный режим левого поворота, дальнейшие проверки для этого подъезда оказываются излишними.

10-6.3. Вычисление нагрузки на полосу

Назначение рабочей таблицы значений нагрузки на полосу (рис. 10-А4) состоит в задании уровней интенсивности потока для отдельных полос (в единицах авт./час/пол.) на всех подъездах к перекрестку. Эта информация используется в рабочей таблице значений задержки управления и уровня обслуживания (рис. 10-А5), используемой для формирования расписания сигналов.

Рис. 10-А3. Рабочая таблица для определения режима левого поворота

Рис. 10-А4. Рабочая таблица значений нагрузки на полосу

Рис. 10-А5. Рабочая таблица значений задержки управления и уровня обслуживания

Рабочая таблица значений нагрузки на полосу содержит ряд дополнительных элементов — опции выбора режима левого поворота, коэффициенты учета парковки, эквивалент левого поворота и коэффициенты корректировки для общих полос, допускающих левые повороты с разрешением. Обозначение направлений движения относится к дорогам на подъезде к перекрестку.
Каждый из идентифицированных альтернативных режимов левого поворота при вычислении нагрузки на полосы должен обрабатываться специальным образом. Поэтому рабочая таблица значений нагрузки на полосу содержит три столбца, по одному на каждую альтернативу. Для каждого подъезда должен использоваться только один столбец. О том, как заполнять все ячейки рабочей таблицы, пояснено в следующих инструкциях.
Вначале необходимо ввести значения нагрузки на правые повороты (с удалением оценочного значения нагрузки на правый поворот при красном сигнале из общего показателя) как с общей полосы прямого и правого направлений, так и с выделенной полосы правого поворота. Коэффициент корректировки для правого поворота составляет 0.85 для общей или одинарной полосы и 0.75 для двух полос. Общую нагрузку на правый поворот следует разделить на произведение количества выделенных полос правого поворота и коэффициента корректировки для правого поворота.
Следующий шаг вычислений с использованием рабочей таблицы связан с определением нагрузки на левый поворот. При использовании фазы привилегии и разрешения с выделенной полосой левого поворота из показателя нагрузки на левый поворот должны быть удалены два автомобиля в расчете на цикл, чтобы учесть влияние нарушителей. Если длительность цикла не задана, следует использовать максимально допустимое значение длительности цикла. Для предотвращения применения неоправданно коротких фаз левого поворота с привилегией упомянутая корректировка нагрузки не должна привести к сокращению нагрузки на левый поворот ниже уровня 4 авт. на цикл. Нагрузка на встречное главное направление равна общей нагрузке на подъезд за вычетом нагрузки на левый поворот с выделенной или одинарной полосы. Под числом выделенных полос левого поворота понимается количество полос, предназначенных исключительно для обслуживания трафика на левый поворот. Коэффициент корректировки для левого поворота применяется только к привилегированным левым поворотам с выделенной полосы левого поворота или к левым поворотам без встречного потока. Этот коэффициент составляет 0.95 для одинарной полосы и 0.92 для двух полос. Если направление левого поворота не имеет встречного потока из-за режима одностороннего движения или T-образной конфигурации перекрестка, должно быть учтено возможное влияние пешеходов. Соответствующие значения коэффициента корректировки составляют 0.85 для одинарной полосы и 0.75 для двух полос. Общая нагрузка на левый поворот делится на произведение количества выделенных полос левого поворота и коэффициента корректировки для левого поворота. Нагрузка на левый поворот вводится непосредственно, если выделенной полосы левого поворота не существует. Результат выражается в единицах авт./час/пол. Если используется режим левого поворота с разрешением, всегда вводится нуль.
Значение общей нагрузки для прямого направления, исключая левые и правые повороты, вводится в строке, соответствующей применимому режиму левого поворота с (привилегией, разрешением или без встречного потока). Задаются коэффициент учета парковки и количество полос прямого направления. Выделенные полосы поворота из рассмотрения исключаются. Для общей полосы без встречного потока общая нагрузка на подъезд представляется суммой нагрузки на общую полосу с направлением правого поворота, на прямое направление и на левый поворот. Затем вычисляется нагрузка на полосу прямого направления посредством деления величины общей нагрузки в расчете на подъезд на количество полос прямого направления. Нагрузка на критическую полосу обычно совпадает с нагрузкой на полосу прямого направления, если только не выполняются следующие условия: выделена полоса правого поворота или левый поворот не имеет встречного потока и любое из этих направлений более критично, нежели прямое направление. Если имеют место оба условия, нагрузкой на критическую полосу будет наибольшее из значений нагрузки на полосу левого поворота, на выделенную полосу правого поворота и на полосу прямого направления движения.
Вычисление нагрузки на критическую полосу в случае использования общих полос с направлением левого поворота усложняется и требует применения более подробной процедуры. Общая нагрузка на подъезд рассчитывается примерно так же, как и для выделенных полос левого поворота. Доля левых поворотов в группе полос очевидна. Эквивалент левых поворотов служит одним из коэффициентов, необходимых для применения соответствующих формул из приложения В главы 16 для левых поворотов с разрешением с общей полосы. Этот коэффициент не используется вовсе, если левый поворот носит привилегированный характер. Коэффициент корректировки левых поворотов для трафика прямого направления, fDL , вычисляется в соответствии с рис. 10-А6 и применяется к величине нагрузки на прямое направление с целью учета поворачивающих влево автомобилей, ожидающих просвета во встречном потоке. Заметим, что для полос без встречного потока коэффициент равен 1.0, поскольку ожидать появления просвета в этом случае нет необходимости.

Рис. 10-А6. Вычисление поправки на левый поворот с общей полосы
в рамках метода быстрой оценки

Затем вычисляется нагрузка на полосу прямого направления. Заметим, что количество полос сокращается за счет коэффициента корректировки левых поворотов с общей полосы.
В случае с выделенной полосой левого поворота нагрузка на критическую полосу определяется как максимум из значений нагрузки на полосу прямого направления и на правый поворот с выделенной полосы правого поворота. Если один или несколько левых поворотов отнесены к режиму разрешения (т.е. привилегированная фаза не назначалась), потребность в привилегированной фазе на этом этапе следует проверить заново.
Как указано в приложении В главы 16, значение эквивалента левого поворота выше 3.5 подразумевает, что пропускная способность левого поворота существенным образом обусловливается числом нарушителей. Поэтому если эквивалент левого поворота превосходит 3.5 и нагрузка на левый поворот превышает 2 авт. на цикл, вероятно, что рассматриваемый левый поворот не будет обладать адекватной пропускной способностью без привилегированной фазы.

10-6.4. Оценка расписания сигналов

Назначение этого этапа состоит в оценке приемлемого расписания сигналов светофора для перекрестка. Расписание требуется для оценки задержки. Заметим, что расписание, оцененное с помощью описанного далее метода, не обязательно является оптимальным. Оценка расписания осуществляется в пять шагов: разработка плана распределения фаз; вычисление критической суммы; оценка общих потерь времени; оценка длительности цикла; оценка эффективного времени зеленого сигнала.

10-6.4.1. Разработка плана распределения фаз

План фаз выбирается из шести альтернатив, представленных на рис. 10-А7. Если план неизвестен, выбор осуществляется с учетом доминирующих режимов левого поворота, заданных пользователем в рабочей таблице определения режима левого поворота (см. рис. 10-А3).

Примечания
a: доминирующие левые повороты для каждого встречного направления.

Рис. 10-А7. Планы распределения фаз для использования в рамках метода быстрой оценки

10-6.4.2. Вычисление критической суммы

Как только план распределения фаз выбран, в рабочую таблицу значений задержки управления и уровня обслуживания вводятся коды направлений, нагрузка в критической фазе и потери времени на фазу. Нагрузка в критической фазе — это нагрузка на направление движения, требующая наибольшей доли зеленого сигнала в течение фазы. Если два встречных направления поворота влево активны в продолжение одной и той же фазы, нагрузка в критической фазе отвечает наиболее нагруженному направлению левого поворота. Подходящий выбор нагрузки на критическую полосу представлен в совокупном плане распределения фаз, приведенном на рис. 10-А8 с указанием кодов направлений, по которым разрешено движение в каждой фазе. Например, запись СЮ(TH) означает, что право проезда в соответствующей фазе получают прямые (through) направления движения на север и юг. Направлениям поворота влево и вправо соответствуют аббревиатуры LT (от left turn) и RT (от right turn) соответственно. Рис. 10-А8 также содержит значения потерь времени в каждой фазе.
Коды направлений и уровни критической нагрузки должны быть определены для каждой фазы с помощью данных рис. 10-А8 и введены в рабочую таблицу значений задержки управления и уровня обслуживания. По завершении в следующей строке задается сумма величин критической нагрузки.

10-6.4.3. Оценка общих потерь времени

Общие потери времени в цикле вычисляются с помощью рабочей таблицы значений задержки управления и уровня обслуживания. Для целей планирования принимаются 4-секундные потери времени в каждой фазе, требуемые для начала и остановки движения в любом направлении. Например, если для обоих дорог выбрать план фаз 1 (см. рис. 10-А8), общие потери времени в цикле составят 8 с (по 4 с на каждую дорогу). После того как потери времени для каждой фазы определены, можно вычислить общие потери времени в цикле (L ) и ввести эту величину в рабочую таблицу значений задержки управления и уровня обслуживания.

Рис. 10-А8. Совокупный план распределения фаз для использования в рамках метода быстрой оценки

10-6.4.4. Оценка длительности цикла

Длительность цикла, удовлетворяющая наблюдаемым уровням интенсивности потоков со степенью насыщения, близкой к 0.9, вычисляется по формуле (10-А1). Если значение длительности цикла известно, его и следует использовать.

(10-A1)

где
C — длительность цикла (с);
C MIN — минимальная длительность цикла (с);
C MAX — максимальная длительность цикла (с);
L — общие потери времени (с);
CS — критическая сумма (авт./час);
RS = 1530*PHF*fa — справочная суммарная интенсивность потока (авт./час);
PHF — коэффициент часа пик;
fa — коэффициент корректировки для типа области (0.90 — центр. город.; 1.00 — другая).

Величина RS представляет собой теоретический максимум интенсивности потока, который может быть обслужен перекрестком при бесконечной длительности цикла. Рекомендуемое значение RSвычисляется как скорректированная интенсивность потока насыщения. Число 1530 составляет около 90% от интенсивности базового потока насыщения, равной 1700 ед. пасс. авт./час/пол. Цель состоит в обеспечении 90-процентного показателя насыщения для всех критических направлений.
Значение CS есть сумма нагрузки в критических фазах для каждой дороги. Уровни нагрузки в критических фазах определяются в рабочей таблице значений задержки управления и уровня обслуживания на основе плана распределения фаз, выбранного на рис. 10-А8.
Длительность цикла, вычисленная по формуле (10-А1), должна быть сопоставлена с обоснованными минимальным и максимальным пороговыми значениями. Длительность цикла не должна превосходить максимально допустимое значение (например, 150 с), установленное местным полномочным органом, и обязана быть достаточной для обслуживания пешеходов (при отсутствии локальных данных рекомендуется использовать величину 60 с).

10-6.4.5. Оценка эффективного времени зеленого сигнала

Общее время цикла делится между конфликтующими фазами в плане распределения фаз на основе принципа выравнивания степени насыщения для критических направлений. Потери времени на цикл должны вычитаться из общего времени цикла с целью определения эффективного времени зеленого сигнала, которое затем подлежит распределению между всеми фазами с учетом суммарной интенсивности потока для критических фаз, вычисленной на предыдущем шаге.
Эффективное время зеленого сигнала (включая периоды очистки перекрестка от транспорта) для каждой фазы можно определить по следующей формуле:

(10-A2)

где
g — эффективное время зеленого сигнала (с);
CV — нагрузка в критической фазе (авт./час);
CS — критическая сумма (авт./час);
C — длительность цикла (с);
L — общие потери времени (с).
Следует понимать, что изложенный метод оценки времени зеленого сигнала не обязательно обеспечивает минимизацию общей задержки на перекрестке.

10-6.5. Вычисление критического показателя насыщения

Критический показатель насыщения, X c, служит приближенной мерой общей обоснованности геометрии перекрестка. Метод вычисления включает суммирование значений интенсивности потоков на конфликтующих критических полосах и зависит от распределения фаз светофора, которое, в свою очередь, обусловлено выбором режима для каждого направления левого поворота. Метод быстрой оценки под X c подразумевает отношение критической суммы, CS , к сумме интенсивности потоков на конфликтующих критических полосах, которое обеспечивает возможность обслуживания запроса на трафик в течение заданной длительности цикла:
,(10-А3)

где
X c — критический показатель насыщения;
CS — критическая сумма (авт./час);
PHF — коэффициент часа пик;
fa — коэффициент корректировки для типа области (0.90 — центр. город.; 1.00 — другая);
L — общие потери времени (с);
C — длительность цикла (с).
Величина CS есть сумма нагрузки на полосы перекрестка в продолжение критических фаз. Для вычисления критической суммы должен быть известен или разработан план распределения фаз, идентифицирующий привилегированные левые повороты. Вычисление нагрузки на полосу в критических фазах и критической суммы, а также разработка оценочного плана распределения фаз описаны в разделе, посвященном оценке расписания сигналов. Справочная сумма получается на основе минимально приемлемых эксплуатационных условий и типовых условий трафика. Более точные значения интенсивности потоков насыщения вычисляются с использованием методики, изложенной в главе 16.
Хотя назначать уровень обслуживания на перекрестке исходя только из величины X c некорректно, дать с ее помощью заключение о функциональном состоянии перекрестка для использования в контексте метода быстрой оценки вполне допустимо. На рис. 10-А9 состояние перекрестка обозначено как превосходящее пропускную способность, близкое или равное ей, а также не достигающее ее.

Рис. 10-А9. Критерий состояния перекрестка для использования в рамках метода быстрой оценки

10-6.6. Вычисление задержки

Прежде всего устанавливаются группы полос для всех подъездов. Вопросы группирования полос рассмотрены в главе 16. На рис. 16-5 показаны различные типы групп полос, используемые при анализе. Нагрузка на группу полос вычисляется посредством суммирования скорректированных значений нагрузки, полученных с использованием данных из рабочих таблиц значений нагрузки на полосу (см. рис. 10-А4) для каждой группы полос на каждом подъезде. Доля зеленого сигнала в цикле (g/C) вычисляется с использованием величин времени зеленого сигнала и длительности цикла, заимствуемых из верхней части рабочей таблицы значений задержки управления и уровня обслуживания. Интенсивность потока насыщения для группы полос равна справочной сумме, умноженной на количество полос в группе. Показатель насыщения для группы полос рассчитывается с привлечением скорректированных показателей нагрузки на группу полос, уровней потока насыщения, определенных ранее, и отношений g/C. Пропускная способность группы полос вычисляется с использованием скорректированных показателей нагрузки на группу полос и показателей насыщения для группы полос. Коэффициент корректировки возможности продвижения, PF, используемый для вычисления однородной задержки, выбирается из рис. 16-12. Для целей быстрой оценки можно выбрать тип прибытия 3 для некоординированного светофора и 4 — для координированных операций (только для координированных групп полос).
Заключительный шаг состоит в вычислении различных компонентов задержки управления с использованием формул (16-10)–(16-14) из главы 16. В частности, глава предлагает рекомендации по выбору значений по умолчанию для параметров, используемых в уравнениях задержки. Значения задержки на подъезде и перекрестке требуют усреднения с учетом реальных значений нагрузки, вносимых в рабочую таблицу входных данных для метода быстрой оценки (см. рис. 10-А2), а не скорректированных величин, используемых при вычислении пропускной способности. Значения VA и V в этих формулах должны вычисляться на основе некорректированных показателей нагрузки, вносимых в рабочую таблицу входных данных.
Заметим, что процедура не предоставляет информации, достаточной для вычисления задержки для левых поворотов с разрешением, осуществляемых с выделенной полосы левого поворота. При вычислениях эту задержку можно игнорировать либо использовать более детальную процедуру определения пропускной способности и уровня обслуживания, описанную в главе 16. Помимо того, метод быстрой оценки не учитывает задержки, обусловленной двумя нарушителями в расчете на цикл, число которых вычитается из показателей нагрузки на левый поворот с разрешением и привилегией/разрешением.