De hoofdstuknummers in deze bundel corresponderen met de hoofdstukken in het diktaat 1 VERKEERSSTROOMTHEORIE OF: HOE ONTSTAAN FILES?

Transcriptie

1 CTB1420 Oefenopgaven Deel 4 - Antwoorden De hoofdstuknummers in deze bundel corresponderen met de hoofdstukken in het diktaat 1 VERKEERSSTROOMTHEORIE OF: HOE ONTSTAAN FILES? 1. Eenheden a) Dichtheid: k, in vtg/m b) Intensiteit: q in vtg/sec c) Volgtijd: h in seconde d) Volgafstand: s in m 2. Fundamenteel diagram a) Afbeelding a b) Snelheid, dichtheid en intensiteit c) Dichtheid op de horizontale as, intensiteit op de verticale as en snelheid is de helling van de lijn tussen een punt op de grafiek en de oorsprong. d) Intensiteit is dichtheid maal snelheid, of q=k*u, of kuu=kuu e) Er is geen verkeer op de weg f) Vrije snelheid-condities. Het verkeer beweegt op maximale snelheid. Er is geen capaciteitsverlies door drukte. g) Capaciteits-condities. De intensiteit op de snelweg is maximaal. De snelheid is iets lager geworden. h) Complete file. Het verkeer staat stil. Intensiteit is 0, dichtheid is maximaal. 3. Twee seconden afstand a) De headway is 2 seconden = 2/3600 = uur, dus moet de capaciteit gelijk zijn aan 1/ = 1800 auto s/uur/rijstrook. b) k=q/u, dus 1800/100 =18 auto s/km/rijstrook. c) onder vrije snelheid-condities en natuurlijk homogeen en stationair 4. Ongeluk op de snelweg a) Twee rijstroken, dus k cap = 2*20 =40 vtg/km. Intensiteit: 3200 vtg/uur. Capaciteit: 2*2100= 4200 vtg/uur. Dus de dichtheid is: 3200 k A1 = 40 = 30,5 vtg/km 4200 b) U=q/k dus snelheid = 3200/30,48 = 105 km/uur Bij capaciteit: snelheid = 4200/40 = 105 km/uur. Deze twee snelheden zijn gelijk, omdat hier het fundamenteel diagram lineair is aangenomen. De hoek van de lijn in het fundamenteel diagram is voor beide situaties dus gelijk, dus is de snelheid even hoog. c) Het fundamenteel diagram van de snelweg bestaat uit een lijn uit de oorsprong naar de maximale capaciteit, en vanaf dat punt een lijn naar het punt waar de dichtheid hoog is en de intensiteit nul. Deze lijnen zijn aangegeven met de zwarte lijn in de schets. Het fundamenteel diagram van de snelweg bij de bottleneck bestaat uit de rode lijn, lopend vanaf de oorsprong naar het punt halverwege de capaciteit van de snelweg, en van daar naar het punt op de dichtheid-as, halverwege de oorsprong en het punt waar de zwarte lijn de dichtheid-as raakt. De schokgolven lopen tussen de punten 1, 2, 3 en 4. Punt 1 is het gebied waarin er geen file is, punt 2 is de file achter de wegversmalling en punt 3 is het punt van de bottleneck zelf (diagram bottleneck en diagram snelweg). Punt 4 is het gebied waarin de file weer op snelheid komt nadat de wegversmalling is verdwenen. Deze gegevens leiden tot het volgende fundamentele diagram: 1

2 De punten betekenen: 1 Geen file, vrije snelheid-condities. 2 Congestie voor de bottleneck. File-condities. 3 Gebied in de bottleneck en net na de bottleneck. Vrije snelheid-condities. (maximale intensiteit wordt hier benut) 4 Oplossen van file door verdwijnen bottleneck. Capaciteits-condities. d) Er kan nog maar gebruik gemaakt worden van één rijstrook, het ongeluk blokkeert de andere. Dit betekent dat er nog maar een capaciteit van 2100 vtg/uur is. De intensiteit kan maximaal deze waarde bereiken, dus de intensiteit is 2100 vtg/uur. e) De intensiteit is hoger dan de capaciteit van de wegversmalling. Dit betekent dat er file is. De dichtheid in die file is: f) k A 1, file = 40 + ( ) = 120 vtg/km 4200 De dichtheid en intensiteit van punt 4 in bovenstaande grafiek zijn bekend. (de capaciteit en de dichtheid bij de capaciteit staan namelijk gegeven in de vraag.) De stremmingsdichtheid is ook gegeven. De lijn vanaf punt 4 naar het punt met maximale dichtheid en intensiteit nul kan dus worden getrokken. Het punt in de file is punt 2 en ligt gewoon op deze rechte lijn, waarover genoeg informatie bekend is om de dichtheid en intensiteit in punt 2 te kunnen berekenen ω12 = = 12,2 km/u 30,5 120 g) De waarden van punten 1 tot 4 en de punten waar de q-k diagrammen de dichtheidsas raken zijn als volgt: 1 (3200, 30,5) 2 (2100,120) 3 (2100, 20) 4 (4200, 40) Snijpunt q-k diagram snelweg en k-as (0, 200) Snijpunt q-k diagram bottleneck en k-as (0,100) Deze gegevens leiden tot het volgende fundamentele diagram: 2

3 h) De snelheid van de schokgolf en faseveranderingen is als volgt (deze zijn ook af te lezen uit het fundamentele diagram): Tussen 1 en 2: km/uur (zie vraag d) Tussen 1 en 3: 105 km/uur (vrije snelheid-condities, zie vraag b) Tussen 1 en 4: 105 km/uur (vrije snelheid-condities, zie vraag b) Tussen 2 en 3: 0 km/uur (Kop van de file is bij de bottleneck) Tussen 2 en 4: ω = = 26,3 km/u Tussen 3 en 4: 105 km/uur (vrije snelheid-condities, zie vraag b) Dit leidt tot een plaats-tijd diagram dat er als volgt uit ziet:. i) Fileterugslag betekent dat een file die op een bepaalde plek afritten en opritten blokkeert stroomopwaarts van die plek liggen. Mensen die dan een route nemen die niet langs de reden van de file leidt hebben er wel last van. j) Om uit te rekenen waar en wanneer de file oplost moet het snijpunt gevonden worden van de faseveranderingen 1-2 en 2-4. Daarvoor stellen we twee vergelijkingen s1(t) en s2(t) op. Hierin geven we de tijd weer in uren en de plaats in km. We stellen (10:00, 0) als nulpunt. Dit levert twee vergelijkingen op: s1(t) = t 3

4 s2(t) = (14+0.5*26.3)-26.3t Deze twee vergelijkingen aan elkaar gelijk stellen levert t= Dit is *60=56 minuten, dus t(eind file) = 10:56. Alternatieve berekening is de lengte van de file op het moment dat de file begint op te lossen (dus op t=0,5 uur) gedeeld door het verschil tussen de schokgolfsnelheden tussen 1 en 2 respectievelijk 2 en 4. s is dan * = 2.6 kilometer vanaf het begin van de snelweg. 5. Loslopende kippen a) De capaciteit is gelijk aan de kritische dichtheid maal de snelheid maal het aantal stroken. 20 = 120 h 2=4800 h b) 7 meter per voertuig. Dus per kilometer per strook kunnen er 142,8 voertuigen staan. Dit geeft voor beide stroken 285 vtg/km. De dichtheid van het verkeer op de weg met intensiteit 3900 moet nog worden berekend *40 32, k = = c) De capaciteit van de bottleneck is nul en de stremmingdichtheid is 285. Dit houdt in dat de stremmingsdichtheid moet worden gebruikt voor de dichtheid in de bottleneck. =, = 15,4 d) Omdat de voertuigen in een wachtrij staan, zal zodra de weg weer open gaat het verkeer met de maximale capaciteit wegrijden. = = 19,6 h e) De tijd die de file nodig heeft om het knooppunt te bereiken is: 30 km /15,4 km/h = 1,94 h. De tijd die nodig is om de oplosschokgolf het knooppunt te laten bereiken is: 30 km /19,6 km/h= 1,53 h. Dit houdt in dat binnen 0,41 uur de kippen moeten zijn gevangen en de weg weer vrijgegeven moet zijn. 6. Afrit van de snelweg a) De snelheid bij volledige benutting van de capaciteit is: = =2100 h 21 = 100 h 4

5 b) De capaciteit van de bottleneck is in deze vraag niet zo eenvoudig als voorheen en vereist wat denkwerk. Er komen 6000 voertuigen over drie stroken aangereden. Drie stroken hebben samen een capaciteit van 6300 vtg/h, niks aan de hand. Vervolgens slaan er 1000 voertuigen af en gaan er 5000 voertuigen rechtdoor over een tweestrooksweg. Deze heeft echter een capaciteit van 4200 vtg/h. Dit is te laag dus. In totaal kunnen er dus per uur 4200 voertuigen doorrijden en 1000 afslaan zonder problemen. De capaciteit van de bottleneck is dus 5200 vtg/h. Dit is 800 vtg/h minder dan de intensiteit. c) De dichtheid in de file kan worden bepaald met het fundamenteel diagram, daarna kan daarmee de schokgolfsnelheid worden berekend. Het fundamenteel diagram moet worden gemaakt voor het deel van de weg met 3 rijstroken, want daar staat immers de file.! = " + $ " % &'(()*+*",= =104 = = 18,2 /h 5

6 2 VERKEERSMANAGEMENT 1. Eenheden a) Verkeerslicht is de officiële term. Stoplicht bestaat alleen in de volksmond, maar is feitelijk alleen het rode sein. b) De officiële nummering is als volgt: En de conflictmatrix is als volgt: Naar Van X 02 X X X X 09 X X X 10 X 12 X X X c) De conflictgroepen zijn de volgende: 01-09, , 02-10, De dikgedrukte is maatgevend. d) Op basis van conflictgroep zijn er twee regelstructuren mogelijk: in de volgorde en in de volgorde We moeten die volgorde kiezen waarin de ontruimingstijd het kleinst is. Voor is die 2+2+3=7 seconden. Voor is die 2+2+2=6 seconden. Dus volgorde is het beste. De verliestijd is dan de ontruimingstijd plus geeltijd plus startgroenverlies. Dus voor de maatgevende conflictgroep is dat: = 18 seconden. e) In totaal moeten er per uur voor de maatgevende conflictgroep =1300 voertuigen passeren. Twee seconden per auto is de saturation flow, dus er zijn voor die 1300 voertuigen 2600 seconden nodig. Dit betekent dat er =1000 seconden 6

7 over zijn die gebruikt worden voor de verliestijden. Er zijn 18 seconden nodig voor een cyclus, dus er kunnen nog 1000/18=55,6 cycli gedaan worden. De minimale cyclustijd is dus 3600/55,6=64,8 seconden. f) Nog steeds dezelfde conflictgroep. Stroom 07 conflicteert met geen enkele stroom, dus het verkeerslicht daar kan altijd op groen blijven. Het is overigens niet voor de hand liggend dat deze stroom überhaupt bij het kruispunt hoort. Dit kan met een gewone parallelbaan zonder verkeerslicht afgehandeld worden. g) De regelstructuur zal er zo uit zien: <- Volgorde Merk op dat de horizontale volgorde niet uitmaakt. De verticale volgorde geeft aan welke combinatie van lichten op groen staat. Dus in de eerste fase staan 01, 02, 07 en 08 op groen, enzovoort. Na de derde fase begint uiteraard de eerste fase weer. Zichtbaar is dat inderdaad het verkeerslicht van stroom 07 altijd op groen kan. 2. Voertuigafhankelijk aangestuurde verkeerslichten - De groentijd voor een bepaalde richting kan worden verlengd zodat de wachtrij volledig kan oplossen. Dit wordt gedaan door de hiaattijden te meten van voertuigen die vanaf de stopstreep wegrijden. Zolang er een wachtrij staat bedragen deze ongeveer 2 seconden (de afrijcapaciteit!). Worden de hiaten veel groter dan 2 seconden dan is de rij waarschijnlijk opgelost en kan de groenfase worden afgekapt. - Een tweede toepassing van detectiemiddelen bij verkeersregelinstallaties is om bepaalde richtingen pas groen te geven als er daadwerkelijk verkeersvraag is. - Ten slotte biedt sensortechnologie de mogelijkheid om (mogelijk conditioneel en situatie afhankelijk) de verkeersregeling dynamisch te prioriteren voor verschillende groepen weggebruikers zoals bussen en trams, fietsers, voetgangers of speciaal vervoer zoals ambulances en hulpdiensten. 3. Real-time informatie tijdens de reis a) DRIPs, de dynamische route-informatie-panelen langs de snelweg, en navigatiesystemen als TomTom in de auto. b) Het geven van real-time route informatie is goed voor de doorstroming. Het is van belang dat elke reiziger de optimale route neemt, waardoor het netwerk het minste belast wordt. De verkeerslasten kunnen zo evenredig over het netwerk verdeeld worden, waardoor de kans op congestie het kleinst mogelijk wordt. Dus met real-time informatie loopt de reistijdwinst op. Dit is te zien in de eerste helft van de rode lijn. Echter, als heel veel reizigers beschikken over deze real-time informatie, kan het systeem instabiel worden. Stel, er zijn twee routes beschikbaar van a naar b. De ene route is iets sneller als de andere. De praktijk is dat iets meer mensen de snelle route kiezen, en iets minder mensen de langzame. Niemand staat in de file. Zodra een groot deel van de reizigers navigatie heeft, zal dus iedereen de snellere route kiezen, want die wordt geadviseerd door de navigatie. Doordat iedereen dit doet, komt er dus file op de snellere route, en dus loopt de reistijd op. Als gevolg daarvan wordt iedereen geadviseerd door hun navigatiesysteem om de andere route te nemen, met als gevolg dat daar weer file ontstaat, enzovoort. Je ziet dat toen er geen real-time informatie was, niemand in de file stond en iedereen ongeveer dezelfde reistijd had, en met realtime navigatie staan er meer mensen in de file. Dit zorgt voor een instabiel systeem, en dus voor langere reistijden en een negatieve reistijdwinst. 4. Gridlock a) Gridlock is het verschijnsel dat alle richtingen in een netwerk elkaar blokkeren. b) Er zijn meerdere oplossingen mogelijk. Bijvoorbeeld: - Af laten nemen van de intensiteiten, waardoor de druk op het wegennet daalt - Capaciteit van het netwerk verhogen door extra rijstroken bijvoorbeeld 7

8 - Voorkomen van fileterugslag door kruispunten verder uit elkaar te leggen. 8