DVM en beter benutten vereisen een robuust netwerk 1 INLEIDING DVM dat voor de reiziger effectief is, grijpt in op HWN én OWN

Transcriptie

1 DVM en beter benutten vereisen een robuust netwerk TNO Inro en KU Leuven Ben Immers; Hans Meeuwissen; Jim Stada en Isaak Yperman DVM dat voor de reiziger effectief is, grijpt in op HWN én OWN. De effectiviteit van DVM wordt beperkt door de huidige structuur van HWN en OWN. Een robuust netwerk vormt de basis voor effectieve DVM- en andere benuttingmaatregelen. We gaan vooral in op de structuur van het netwerk. 1 INLEIDING De toepassing van DVM maatregelen blijft vooralsnog in sterke mate beperkt tot het hoofdwegennet (HWN). Enige verklaringen daarvoor zijn de centrale rol die het HWN vervult in de afwikkeling van het verkeer (de voertuigkilometers); de hoge standaard en het hoge investeringsniveau die op dit wegennet van toepassing zijn en het beheer van het net dat in handen is van één organisatie. DVM dat voor de reiziger effectief is, grijpt in op HWN én OWN De sterke concentratie van DVM-maatregelen op het hoofdwegennet heeft echter zijn beperkingen. Zo wordt een niet onaanzienlijk deel van de verplaatsingen afgewikkeld op het onderliggende wegennet (OWN). De discrepantie tussen beiden netten op het vlak van DVMapplicaties is niet bevorderlijk voor de effectiviteit van verkeersbeheersingsmaatregelen: slechts een deel van elke verplaatsing kan worden gecontroleerd en er vindt geen afstemming plaats (verkeersmanagementstrategieën, etc.) tussen beiden netten. Wil men de reiziger kwaliteit bieden dan dient men de gehele verplaatsingsketen te beheersen. Op grond hiervan kan de wens tot onderlinge afstemming of integratie van het verkeersmanagement op het hoofdwegennet en het onderlinge wegennet worden afgeleid. De effectiviteit van DVM wordt beperkt door de huidige structuur van HWN en OWN De wens tot onderlinge afstemming blijft echter niet beperkt tot de realtime component van verkeersmanagement. De mogelijkheid om verkeer te beheersen (de reikwijdte van DVM) wordt ook in belangrijke mate bepaald door de statische component van de infrastructuur: de structuur van het netwerk. De structuur bepaalt in hoeverre men beschikt over terugvalopties, omleidroutes, buffers, etc. Zeker in situaties waarin door toepassing van benuttingmaatregelen het netwerk zeer zwaar belast is, gaat de netwerkstructuur een belangrijke rol spelen. Ook bij de

2 netwerkstructuur kan men een onderscheid maken tussen hoofdwegennet en onderliggend wegennet en ook t.a.v. de structuur is er sprake van een discrepantie in kwaliteit (ten gunste van het HWN). Een robuust netwerk als basis voor effectieve DVM- en andere benuttingmaatregelen Het zal duidelijk zijn dat een effectieve en efficiënte toepassing van DVM eisen stelt aan de structuur van het netwerk. In deze bijdrage wordt vooral ingegaan op de structuur van het netwerk. We zullen trachten aan te tonen dat door een stelselmatige opbouw van het netwerk en het onderling doordacht verknopen (integreren) van deze stelsels een netwerkstructuur wordt gecreëerd die een betere basis vormt voor de toepassing van DVM- en andere benuttingmaatregelen op het Nederlandse wegennet. 2 DVM: NETWERK SERVICES EN MAATREGELEN DIE EEN ROBUUST NETWERK VEREISEN Dynamisch verkeersmanagement omvat een reeks van maatregelen die op basis van realtime informatie (over de afwikkeling van het verkeer in het netwerk of andere voor de verkeersafwikkeling relevante ontwikkelingen zoals het weer) beogen de kwaliteit van de verkeersafwikkeling in een netwerk te verbeteren. Dynamisch verkeersmanagement wordt o.a. ingezet indien er sprake is van overbelasting van (delen van) een netwerk of indien men de beschikbare capaciteit (volgens bepaalde principes) wil verdelen over de gebruikers. Maar dynamisch verkeersmanagement kan ook in andere situaties worden ingezet en is dan vooral gericht op het optimaliseren van de verkeersstroom. De doelstellingsfunctie kan zowel een generieke (voor alle weggebruikers identiek) als specifieke gedaante (bijv. Gericht op een bepaalde doelgroep) hebben. In tabel 1 zijn alle DVM maatregelen opgenomen waarbij de structuur van en de samenhang in het netwerk van groot belang zijn om het beoogde effect te realiseren. De tabel is gebaseerd op de in het werkboek Gebiedsgericht Benutten met de Architectuur VerkeersBeheersing [1] opgenomen maatregelengroepen. Onder de kop Beoogd effect wordt beschreven welk doel beoogd wordt met de maatregel te realiseren. Onder Meerwaarde van netwerk wordt aangegeven in welke mate de structuur van en samenhang in het netwerk bijdraagt aan de realisatie van het doel van de maatregel. Onder Omvang wordt de bijdrage aangegeven van het netwerk aan de realisatie van het effect. 2

3 Tabel 1: Beoordeling bijdrage netwerk aan effectiviteit DVM maatregelen DVM maatregel (Beoogd) effect Meerwaarde van netwerk Omvang Informeren/adviseren Informeren over alternatieve route(s) ingeval van incident, wegwerkzaamheden en overige gevallen met congestie Waarschuwen Filewaarschuwing gepaard laten gaan van informatie over alternatieve routes Sturen en regelen Afsluiten en omleiden Snelheidsbeperking Toeritdosering Bufferen Afkruisen stroken, werk in uitvoering Doelgroepen Incident management Verdelen verkeersstroom over minder zwaar belaste delen van het netwerk Aanbieden van (snellere) alternatieve route Verkeer via alternatieve route omleiden Aanpassen snelheid aan wenssnelheid; betere verdeling verkeer op rijbaan Afvlakken pieken in vraagpatroon; beperking van instroom van een weg Afvlakken pieken in vraagpatroon; beperking van instroom van een weg Tijdig en veilig verkeer over beschikbare rijstroken afwikkelen Reservering capaciteit voor specifieke voertuigen Veilige en snelle hulpverlening; informeren en begeleiden verkeer ter vermijding congestie alleen mogelijk indien sprake van terugvalopties en samenhang in netwerk alleen mogelijk indien sprake van terugvalopties en samenhang in netwerk alleen mogelijk indien men beschikt over alternatieve routes en samenhang in netwerk sluipverkeer via OWN sluipverkeer (gewenst of ongewenst) via OWN naar andere toeritten sluipverkeer via OWN naar andere toeritten netwerk faciliteert uitwijkgedrag reservering rijstroken alleen mogelijk als er voldoende ruimte is voor overig verkeer verkeer (bovenstrooms incident) kan via alternatieve routes worden afgewikkeld Significant Significant positief Significant positief beperkt negatief beperkt positief of beperkt negatief beperkt negatief beperkt negatief beperkt positief Significant positief Netwerk services Specifieke maatregel Rol netwerk Omvang effect Beïnvloeden doorstroming Beïnvloeding afwikkeling verkeer Geen significante rol tweede orde effecten Herverdelen verkeersstromen Beïnvloeden verkeersvraag Beïnvloeden capaciteit Beïnvloeden voorkeursroutes Grote rol significant positief Omleiden verkeer Beperken instroom Bevorderen uitstroom Incident management; maximaliseren en herverdelen capaciteit Grote rol Grote rol bij IM; beperkte rol bij overige maatregelen significant positief significant positief Algemene netwerkservice Verkeersinformatie Indirect via bijv. routekeuze Tweede orde effecten Bron: Werkboek gebiedsgericht benutten [1] 3

4 Uit de opsomming kan worden afgelezen dat het fysieke netwerk en de structuur/samenhang van het netwerk in belangrijke mate de mogelijkheid tot toepassing van diverse DVM-maatregelen (de realisatie van het beoogde effect) bepalen. Het betreft hier vooral maatregelen die beogen de betrouwbaarheid in de verkeersafwikkeling te vergroten (en pieken in de vraag afvlakken) door gebruik te maken van de reservecapaciteit in het netwerk. Uit het overzicht blijkt dat (de samenhang in) het netwerk ook negatieve effecten kan oproepen. In de meeste gevallen is dan sprake van ongewenst sluipverkeer via het onderliggende wegennet. Netwerkstructuur Nu we vastgesteld hebben dat het fysieke netwerk een significante rol speelt bij het flexibel inspelen op fluctuaties in vraag en aanbod, is het zaak te onderzoeken welke structuur het meest geschikt is. Mogelijke netwerkstructuren die onderscheiden kunnen worden zijn: Eén hoofdstelsel met toeleidende wegen (huidige situatie in Nederland). Hiërarchie van stelsels (parallel ontvlechten of loodrecht ontvlechten). De keuze voor één hoofdstelsel veronderstelt dat zoveel mogelijk verplaatsingen ook via dit stelsel worden afgewikkeld. Keuze voor een hiërarchie van stelsels veronderstelt dat op elk stelsel een specifiek deel van de verplaatsingen wordt afgewikkeld. Aan beide keuzen zijn voor- en nadelen verbonden. De keuze voor één hoofdstelsel impliceert dat de beschikbare capaciteit generiek inzetbaar is; dit resulteert enerzijds in robuustheid voor fluctuaties in typen verplaatsingen, anderzijds resulteert het in kwetsbaarheid in de zin dat één blokkade (incident) de verkeersafwikkeling volledig kan verstoren. De keuze voor een hiërarchische stelselmatige opbouw van het netwerk impliceert dat op elk stelsel een bepaalde soort verplaatsingen wordt afgewikkeld. Belangrijke argumenten op grond waarvan men zal kiezen voor ontvlechting van het netwerk zijn: betere afstemming van (infrastructuur)aanbod op de wensen van de gebruiker; geen verstoring kwaliteit door gebruiker uit andere segmenten (bijv. regionale files op nationale wegen); niet alle wegen hoeven conform de hoogste standaard te worden ontworpen; men beschikt over alternatieve verbindingen (terugvalopties). Door het opsplitsen in deelmarkten wordt echter ook een zekere mate van inefficiency geïntroduceerd; er is sprake van verschillende netwerken (systemen) met hun eigen onevenwichtigheden; de onevenwichtigheden in een netwerk kunnen moeilijker in een ander netwerk worden opgevangen. 4

5 Knooppunten De keuze voor een van beide structuren heeft grote gevolgen voor het dimensioneren van de knooppunten. Bij de keuze voor één hoofdstelsel worden ook alle verplaatsingen via de knooppunten afgewikkeld en dit stelt bijzondere eisen aan de capaciteit van de verschillende armen. Congestie op een van de armen kan als gevolg van blocking back effecten de verkeersafwikkeling op andere onderdelen van het knooppunt verstoren. Bij de keuze voor een hiërarchisch stelsel worden de knooppunten minder zwaar belast. Los van de keuze voor een bepaalde netwerkstructuur heeft de toepassing van DVM grote gevolgen voor de lay-out van een knooppunt. Toepassing van DVM maatregelen kan tot gevolg hebben dat andere routes gekozen worden. Het directe gevolg hiervan is dat de stromen die het knooppunt belasten fors kunnen veranderen. Bij het ontwerp van het knooppunt zal hier rekening mee moeten worden gehouden. In hoofdstuk 4 (rekenexercitie) zullen we hierop terugkomen. Kostenaspect Zoals hierboven al is aangegeven, is aan de keuze voor een bepaalde netwerkstructuur ook een kostenfactor verbonden. Bij de keuze voor één hoofdstelsel dienen alle wegen en kruisingen volgens de hoge ontwerpstandaard ontworpen te worden. Bij de keuze voor een stelselmatig opgebouwde structuur kan relatief goedkope capaciteit worden toegevoegd door opwaardering van regionale verbindingen tot een samenhangend netwerk van. Voor de twee onderscheiden netwerkstructuren (één stelsel hiërarchie van stelsels) geldt ongeveer de volgende kostenverhouding [2]: Kostenverhouding per km weg: 300 : 150 Kostenverhouding aansluitingen/kruisingen: 600 : 100 (100 = ca ; prijsniveau %) 3 STRUCTUURKENMERKEN VAN EEN ROBUUST NETWERK Kenmerkende eigenschappen van een robuust netwerk zijn: Het netwerk kan fluctuaties in het vraagpatroon op een adequate wijze opvangen. Het netwerk kan fluctuaties in het aanbodpatroon op een adequate wijze opvangen. Nogmaals wordt opgemerkt dat naast de reguliere fluctuaties in het vraag- en aanbodpatroon (spits, dal, evenementen, incidenten, weer) de toepassing van DVM maatregelen additionele fluctuaties kan introduceren. 5

6 Belangrijke kenmerken van een robuust netwerk zijn: er is sprake van reservecapaciteit, zeker ook in de knooppunten verplaatsingen kunnen over alternatieve verbindingen (terugvalopties) worden afgewikkeld de capaciteit van het netwerk is flexibel inzetbaar geen concentratie van verplaatsingen in (een beperkt aantal) knooppunten Op grond van bovenstaande kenmerken verdient een hiërarchisch, stelselmatig opgebouwd netwerk van de voorkeur. Belangrijk is dat [2]: de stelsels onderling goed verknoopt zijn; de stelsels ten opzicht van elkaar voldoende verschillen in aansluitdichtheid en in snelheid: o aansluitingen een factor 3 verschillend; o snelheid een factor 5/3 verschillend; Hieronder volgen 3 voorbeelden van stelsels die samen een stelselmatig opgebouwd netwerk vormen. Voor elke regio kunnen de parameters van een stelselmatig opgebouwd netwerk zo vastgesteld worden dat ze het best passen bij de huidige infrastructuur en ruimtelijke ordening. Voorbeeld 1 Regionale Landelijke Max. snelheid 80 km/h 120 km/h Aansluitingen Elke 600 m Elke 2000 m Voorbeeld 2 Regionale Landelijke Max. snelheid 80 km/h 120 km/h Aansluitingen Elke 1500 m Elke 5000 m Voorbeeld 3 Lokale Regionale Landelijke Max. snelheid 50 km/h 80 km/h 120 km/h Aansluitingen Elke 600 m Elke 2000 m Elke 6000 m Op deze wijze kan men de beschikbaarheid van alternatieve verbindingen combineren met een hoge dichtheid van aansluitingen. Daarnaast wordt het verkeer via verschillende knooppunten afgewikkeld (concentratie van verkeersstroom wordt vermeden). 6

7 4 EEN REKENEXCERTITIE Om een beter inzicht te krijgen in de mogelijkheden die de netwerkstructuur verschaft voor de toepassing van DVM Maatregelen zijn enige modelberekeningen uitgevoerd. Daarbij is gebruik gemaakt van een testnetwerk dat weergegeven is in figuur Legende : HWN OWN Aansluiting Figuur 1: Testnetwerk 4 3 Aan dit netwerk wordt een H-B matrix toegedeeld. Deze matrix is weergegeven in tabel 1. In de berekeningen worden de volgende varianten onderscheiden: basissituatie opwaardering van het onderliggende wegennet met extra rijstrook (OWN+) opwaardering van het hoofdwegennet met extra rijstrook (HWN+) ongeval op het hoofdwegennet De berekeningen zijn uitgevoerd met gebruikmaking van een evenwichtstoedelingsmodel (Transcad) en een microsimulatiemodel (Paramics). Tabel 1: H-B matrix Σ 1 x x X x x x 4000 Σ

8 In figuur 2 zijn de resultaten weergegeven van de verkeerstoedeling (microsimulatie). 1 X 2 F4 F6 F2 5 Y 6 B4 B3 B1 B2 F5 F3 F1 4 Z 3 : bottleneck (B) : primaire file (F) : secundaire file (F) Figuur 2: resultaten microsimulatie De reistijden met het microsimulatiemodel zijn berekend nadat het netwerk was opgeladen. Als we de resultaten vergelijken valt het volgende op: de reistijden berekend met het microsimulatiemodel liggen beduidend hoger dan de reistijden berekend met het evenwichtstoedelingsmodel; het verschil in afgelegde kilometers (zie ook tabel 3) blijft beperkt. De voorgestelde opwaarderingen van het netwerk leiden tot forse tijdwinsten. De OWN+ variant scoort beter dan de HWN+ variant (met uitzondering van de relaties 4-2 en 4-6). In tabel 3 zijn de reistijden weergeven op de verschillende relaties voor de basissituatie en de tijdwinsten t.o.v. de basissituatie voor de OWN+ en HWN+ variant. De gegevens in de laatste drie kolommen hebben betrekking op een situatie waarbij er een ongeval heeft plaatsgevonden op de schakel X-Y. Tabel 2: Resultaten toedeling 8

9 Microsimulatie Evenwichtstoedeling reistijd(min) tijdwinst(min) tijdwinst(min) reistijd(min) relatie basisnetwerk OWN+ HWN+ Basisnetwerk 1-> > > > > > > > > > > > > > > > > > > > Tabel 3: Overall reistijden en reisafstanden in het netwerk TOTALE REISTIJDEN EN AFSTANDEN Basis OWN+ HWN+ basis-ong OWN+-ong HWN+-ong paramics minuten kilometers transcad minuten kilometers Het eerste wat opvalt, is het grote verschil in reistijden tussen de evenwichtstoedeling en de microsimulatie. Dit verschil wordt in belangrijke mate veroorzaakt door de volgende factoren: In het evenwichtstoedelingsmodel blijft de capaciteit van een wegvak constant, ook al is er sprake van congestie. In het microsimulatiemodel neemt de capaciteit van een wegvak in overbelaste toestand af. 9

10 in het microsimulatiemodel worden de tijdverliezen op de knooppunten nauwkeuriger berekend (in evenwichtsmodel wordt daar geen rekening mee gehouden) in het microsimulatiemodel worden de tijdverliezen als gevolg van blokkades (incl. blocking-back effecten) meegenomen (niet in het evenwichtstoedelingsmodel) In het evenwichtstoedelingsmodel worden reistijdverliezen als gevolg van hidden bottlenecks berekend (als ze voorkomen); in het microsimulatiemodel niet. Het tweede wat opvalt is dat, indien er een ongeval plaatsvindt, het OWN+ netwerk beter in staat is het verkeer te accommoderen. Ook hier zien we erg grote verschillen in de resultaten verkregen door een evenwichtstoedeling en een microsimulatie. Op grond van bovenstaande overwegingen is besloten verder te gaan met de resultaten van het microsimulatiemodel. De interpretatie hiervan is wel lastiger omdat resultaten voortdurend wijzigen in functie van het belastingpatroon. Een gedetailleerde bestudering van de verkeersafwikkeling in het netwerk (zie fig. 2 en tabel 2) wijst het volgende uit: Verkeersafwikkeling basisnetwerk De afwikkeling van het verkeer in het netwerk leidt tot een viertal initiële bottlenecks: B1 : Waar de stromen 6 2 samenkomen met 3 (6) 2 B2 : Waar de stromen 6 3 samenkomen met 2 (6) 3 B3 : Waar de stromen 5 (Y) 6 samenkomen met 4 (Z) (Y) 6 B4 : Waar de stromen 1 (5) Y samenkomen met 5 Y Opwaarts van deze bottlenecks ontstaan de files F1, F2, F3, F4. Deze genereren lange wachttijden, waardoor alternatieve routes aantrekkelijk worden. Hierdoor treden extra files op: F5 en F6. Oplossing met HWN+ De meest directe manier om bottleneck B3 aan te pakken, is het uitbreiden van het HWN. Files F3 en F6 lossen hierdoor grotendeels op. Door toepassing van HWN+ verhoogt ook de capaciteit ter hoogte van bottleneck B4. De files F4 en F5 lossen gedeeltelijk op. Oplossing met OWN+ Toepassing van OWN+ lost de capaciteitsproblemen ter hoogte van bottlenecks B1 en B2 op. De files F1 en F2 verdwijnen. Doordat minder verkeer gedwongen wordt uit te wijken verdwijnt ook F6. De files in F4 en F5 lossen gedeeltelijk op. De bottlenecks B4 en vooral B3 blijven bestaan. 10

11 Conclusie Het OWN+ lost niet alleen de problemen op het eigen netwerk op, maar trekt ook verkeer weg van het HWN, zodat ook op dat netwerk winsten behaald worden. Het omgekeerde (HWN+) geldt in mindere mate. Tabel 3 toont aan dat voor dit netwerk grotere reistijdwinsten behaald worden met OWN+ dan met HWN+. De resultaten van de berekeningen met het testnetwerk komen overeen met de resultaten van een vergelijkbare berekening voor het noordelijk deel van de Zuidvleugel (zie: Bypasses voor bereikbaarheid [3]). In tabel 4 zijn de resultaten van deze berekening weergegeven. Tabel 4: Reistijd en robuustheid OWN + en HWN + uitgedrukt in procentuele veranderingen ten opzichte van basissituatie [3]. Robuustheid Variant Reistijd Effect Incident Belasting knooppunt OWN % - 24% tot - 27% - 14 % HWN % - 18% tot - 19% + 6 % In beiden varianten neemt de reistijd significant af vergeleken met de basissituatie. In de OWN + variant is de totale reistijd 20% lager en in de HWN + variant 19%. Indien een incident optreedt (verondersteld wordt een incident op de A12 of op de A20) blijkt dat het oponthoud in de OWN + variant 24% tot 27% en in de HWN + variant 18% tot 19% lager uit te vallen dan in de basissituatie. De reistijdverliezen zijn in de OWN + variant geringer vanwege de (additionele) uitwijkmogelijkheden via het onderliggende wegennet. In de HWN + variant komen alleen alternatieven via het HWN in aanmerking. De veranderingen in de knooppuntbelasting zijn gebaseerd op veranderingen in de belasting van de verschillende armen van het Prins Clausplein. In de OWN + variant neemt de totale belasting van het knooppunt af met 14%. Dit betekent dat een deel van het verkeer via het onderliggende wegennet wordt afgewikkeld. In de HWN + variant neemt de belasting van het knooppunt nog met 6% toe. Knooppunten Een analyse van de verkeersafwikkeling in het testnetwerk wijst uit dat vooral de verkeersafwikkeling in de knooppunten cruciaal is voor de kwaliteit van de verkeersafwikkeling in het netwerk. Belangrijke determinanten zijn: het aantal rijstroken per arm (verbinding); organisatie van het invoegproces en het weefproces. 11

12 5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Op grond van onderhavige studie komen wij tot de volgende conclusies: De structuur van het netwerk heeft een grote invloed op het effect dat met de toepassing van DVM maatregelen kan worden behaald. De structuur van het netwerk bepaalt in grote mate de betrouwbaarheid waarmee het verkeer kan worden afgewikkeld; factoren die een grote invloed hebben op de betrouwbaarheid zijn: de aanwezigheid van terugvalopties; de lay-out en capaciteit van de kruispunten; Bij de modelmatige beschrijving van de verkeersafwikkeling in een netwerk worden grote verschillen gesignaleerd tussen de resultaten van een (statische) evenwichtstoedeling en een microsimulatie. Aangegeven wordt dat vooral de evenwichtstoedeling op een aantal punten tekort schiet in de beschrijving van de verkeersafwikkeling. Op basis van deze eerste analyse komen wij tot de volgende aanbevelingen: Het verdient aanbeveling een nader onderzoek te doen naar de geschiktheid van routekeuze- en toedelingsmodellen voor een gedetailleerde beschrijving en analyse van de verkeersafwikkeling in netwerken (beschrijving van DVM-maatregelen, berekening effecten DVM-maatregelen, robuustheid netwerk voor variaties in vraag en aanbod, keuze vertrektijdstip, etc.). Het verdient aanbeveling nader onderzoek te doen naar de invloed die kruispunten (lay-out en capaciteit) hebben op de afwikkeling van verkeersstromen in een netwerk. Het verdient aanbeveling nader te onderzoeken in welke mate fluctuaties in vraag en aanbod optreden in een netwerk (spits, dal, evenementen, incidenten, etc.) en in hoeverre de toepassing van DVM hierop een mitigerend dan wel discriminerend effect heeft. REFERENTIES [1] Rijkswaterstaat AVV Werkboek Gebiedsgericht Benutten, met de Architectuur voor Verkeersbeheersing, Rijkswaterstaat, Rotterdam, oktober [2] Nes, R. van. Design of multimodal transport networks: a hierarchical approach, TRAIL-Thesis Series T2002/5, The Netherlands TRAIL Research School [3] Immers, L.H., Wilmink, I.R. and J.E. Stada Bypasses voor bereikbaarheid Onderzoek in opdracht van VIANED. TNO-rapport Inro-VV/ Delft. April