Bezpieczeństwo ruchu drogowego determinowane jest zarówno cechami infrastruktury drogowej, jak również w dość dużym stopniu warunkami ruchowymi występującymi na sieci drogowej. Oczywisty jest fakt, że źle zaprojektowany układ sieci drogowej, na przykład z licznymi skrzyżowaniami o skomplikowanej geometrii sprawia użytkownikom poważne trudności, a tym samym przyczynia się do obniżenia bezpieczeństwa ruchu drogowego. Aktualnie stosowane metody analiz ruchu drogowego, bazujące na matematycznych modelach makro i mikrosymulacji ruchu drogowego, umożliwiają racjonalne kształtowanie przebudowy i rozwoju układu drogowego. Dostarczają również wielu niezbędnych danych do oceny poziomu warunków i jego bezpieczeństwa.
Obecnie stale rozbudowujące się sieci drogowe różnych obszarów naszego kraju, uwarunkowane rosnącym zapotrzebowaniem na przestrzeń transportową, stawiają przed inżynierami ruchu ogromne wyzwania, a jednym z ważniejszych jest konieczność osiągnięcia jak najwyższego poziomu bezpieczeństwa ruchu drogowego. Sprostanie temu wymaga zastosowania zarówno w projektowaniu, jak i zarządzaniu siecią i ruchem najnowocześniejszych narzędzi, którymi niewątpliwie są symulacyjne modele ruchu drogowego. Zdaniem autorów ich stosowanie staje się nieodzowne.
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie możliwości oceny warunków i poziomu bezpieczeństwa ruchu drogowego z zastosowaniem symulacyjnych modeli ruchu drogowego.
Symulacyjne modele ruchu drogowego
Techniki symulacji ruchu drogowego stosowane są już od połowy XX wieku. Pierwsze modele symulacyjne, oparte w większości o analogię między zjawiskiem przepływu cieczy a ruchem drogowym, były modelami bardzo prostymi z szeregiem założeń upraszczających i z reguły dotyczyły przepływu ruchu na odcinkach międzywęzłowych sieci. Intensywny rozwój informatyki, w tym numerycznych technik obliczeniowych sprzężonych z komputerami o coraz większej mocy obliczeniowej, istotnie przyczynił się do rozwoju nowocześniejszych procedur obliczeniowych stosowanych w inżynierii ruchu drogowego. W procedurach tych uwzględnia się coraz to większą grupę czynników wpływających na złożone zjawisko, jakim jest transport, a w nim ruch drogowy. Procedury te mają w jak największym stopniu i możliwie jak najdokładniej odwzorować skomplikowane zjawisko, jakim jest realizacja podróży. W myśl zasady „od ogółu do szczegółu” techniki symulacyjne wykształciły dwa poziomy analiz: w ujęciu sieciowym – makro oraz w ujęciu lokalnym – mikro.
Makrosymulacje dotyczą zwykle dużego obszaru sieci transportowej: kraju (krajowy model ruchu drogowego), województwa lub grupy województw (regionalny model ruchu drogowego), czy miasta (miejski model ruchu drogowego). W modelach tych zwykle odzwierciedla się cały proces transportowy poprzez cztery kroki modelowe, tzw. model czterostopniowy:
a) generowanie ruchu – tworzenie podróży wynikających z potrzeb człowieka (np. podróże indywidualne i transportem publicznym) oraz z potrzeb gospodarczych (ruch pojazdów dostawczych i ciężkich); generowanie ruchu mieszkańców zwykle opisywane jest w ramach poszczególnych motywacji podróży: dom – praca, praca – dom, dom – szkoła, szkoła – dom, dom – uczelnia, uczelnia – dom, dom – inne, inne – dom oraz niezwiązane z domem;
b) rozkład przestrzenny ruchu - wybór celu podróży nieodzownie związanego z zagospodarowaniem przestrzennym analizowanego obszaru (z reguły opis celów podróży w ramach poszczególnych motywacji podróży);
c) wybór środka transportu do realizacji podróży – tzw. podział modalny, opisujący kryteria wyboru poszczególnych dostępnych środków transportowych do realizacji podróży; zwykle wybór dokonywany jest pomiędzy pięcioma formami realizacji przemieszczenia: podróż piesza, samochodem jako kierowca, samochodem jako pasażer, środkami transportu publicznego i rowerem; istnieje jednak możliwość określenia innych form realizacji podróży innymi nietypowymi środkami transportowymi (np. tramwajem wodnym);
d) rozkład podróży potrzeb transportowych na sieć transportową – określenie tras podróży w ramach poszczególnych systemów transportowych, a w konsekwencji określenie natężeń ruchu drogowego i potoków pasażerskich w środkach transportowych.
Pierwsze trzy kroki modelowania umożliwiają określenie potrzeb transportowych mieszkańców w ramach danego systemu transportowego. Udzielają więc odpowiedzi na pytanie: ile osób w danym przedziale czasu (zwykle godzinie szczytu porannego bądź w dobie przeciętnego dnia roboczego) zamierza podróżować i jakim środkiem transportowym (np. rowerem). Czwarty krok analiz to określenie tras realizacji podróży (np. którędy jeżdżą rowerzyści). Należy podkreślić fakt, iż pomiędzy poszczególnymi krokami obliczeniowymi istnieje ścisła zależność. Forma realizacji podróży jest bowiem mocno zależna od możliwości realizacji podróży i stopnia obciążenia ruchem sieci. Tym samym, przy słabo rozwiniętym systemie transportu publicznego, realizacja podróży tą formą przemieszczania będzie niewielka, zaś przeciążenie układu drogowego prowadzić będzie do ograniczania podróży samochodowych. Przykładowy wynik makrosymulacji ruchu dla wybranego obszaru sieci drogowej w centrum Bydgoszczy przedstawiono na rys. 1.
Zasadniczym efektem stosowania makrosymulacji jest pozyskanie danych o natężeniach ruchu drogowego, rowerowego oraz potoków pasażerskich na całej sieci transportowej dla zadanego układu transportowego. Tym samym możliwe jest określenie efektu ruchowego (zmian natężeń ruchu drogowego i potoków pasażerskich) po realizacji wybranej inwestycji: np. budowy nowego odcinka drogi, wprowadzenia nowej linii transportu publicznego, wprowadzenia nowego systemu opłat za przejazd bądź za czas i miejsce parkowania pojazdów itp.
Mikrosymulacje dotyczą natomiast wybranego, ograniczonego najczęściej do kilku skrzyżowań i odcinków międzywęzłowych, obszaru sieci transportowej. Odnosić się mogą do różnych obszarów transportu, w tym m.in. ruchu drogowego, w ramach którego prowadzone są symulacje ruchu pojazdów na poszczególnych pasach ruchu. Mikrosymulacja uzupełnia marko symulację przez uszczegółowienie zjawiska ruchu drogowego. Symulacje te obrazują sposób przemieszczania się pojazdów prezentując jednocześnie możliwe miejsca potencjalnych utrudnień w ruchu drogowym, w tym zatory i długości kolejek na poszczególnych pasach ruchu drogowego. Na rys. 2 przedstawiono przykładowy fragment sieci z zaznaczoną sytuacją ruchową wygenerowaną w ramach mikrosymulacji dla wybranego obszaru sieci drogowej.
Na uwagę zasługuje fakt, iż techniki mikrosymulacji są doskonałym narzędziem prezentacji sytuacji ruchowej oraz konsekwencji zmian w organizacji ruchu drogowego, polegających na przykład na wprowadzeniu dodatkowego pasa ruchu dla relacji lewoskrętu bądź zmiany długości cyklu w programie sygnalizacji świetlnej. Zwykle efektem mikrosymulacji jest film prezentujący przemieszczających się użytkowników infrastruktury transportowej. Filmy takie zrozumiałe są nie tylko dla specjalistów z zakresu transportu, ale (co w wielu przypadkach jest bardzo ważne) również dla decydentów. Dzięki nim znacznie prościej można przekonać potencjalnych inwestorów do danego typu rozwiązania transportowego.
dr inż. Grzegorz Bebyn
dr inż. Jacek Chmielewski
dr inż. Jan Kempa
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Spis literatury zawiera część II.
